Webb ve Hubble Teleskobu: Halef Selef

114

Genel Bakış

Webb sıklıkla Hubble’ın yerini alacak olan şeklinde anılıyor, ama bizi onu bir halef olarak isimlendirmeyi tercih ediyoruz. Ne de olsa Webb, Hubble’ın bilimsel halefi ve bilimsel hedefleri, Hubble’dan elde edilen sonuçlardan ilham aldı. Hubble’ın bilimi bizi, Hubble’ın zaten başardığının “ötesine geçmek için” daha uzun dalga boylarına bakmaya itti. Özellikle, daha uzaktaki cisimler daha fazla kızıla kaymıştır ve ışıkları morötesi ve optikten yakın kızılötesine doğru itilmiştir. Bu yüzden de (örneğin Evren’de oluşan ilk galaksiler gibi) bu uzak cisimlerin gözlemleri bir kızılötesi teleskop gerektiriyor.

Webb’in Hubble’ın yerini alacak bir teleskop olmamasının diğer sebebi ise yeteneklerinin benzer olmaması. Webb asıl olarak kızılötesinde Evren’e bakacak, Hubble ise (bazı kızılötesi becerileri olsa da) asıl olarak optik ve morötesi dalga boylarında çalışıyor. Webb aynı zamanda Hubble’dan çok daha büyük bir aynaya sahip. Bu daha büyük ışık toplama alanı, Webb’in zamanda Hubble’ın yapabildiğinden çok daha geriye doğru bakabileceği anlamına geliyor. Hubble Dünya çevresinde çok yakın bir yörüngede bulunurken Webb ikinci Lagrange (L2) noktasında, 1,5 milyon kilometre uzakta olacak.

Dalga Boyu

Webb birincil olarak kızılötesinde gözlem yapacak ve astronomik cisimlerin görüntüleriyle spektrumlarını yakalamak için dört bilimsel cihaza sahip olacak. Bu cihazlar 0,6 ile 28 mikrometre (ya da “mikron”; 1 mikron 1.0 x 10-6 metredir) arasında bir dalga boyu aralığını kapsayacak. Elektromanyetik spektrumun kızılötesi kısmı, 0,75 mikrondan birkaç yüz mikrona kadar uzanıyor. Bu da, görünür aralıkta (özellikle de görünür spektrumun kırmızı kısmında ve sarı kısma kadar) bir miktar kapasitenin yanında, Webb’in cihazlarının asıl olarak elektromanyetik spektrumun kızılötesi aralığında çalışacağı anlamına geliyor.

dalgaboyu
Elektromanyetik spektrum ve uydular

Hubble’ın üzerindeki cihazlar kızılötesi spektrumun 0,8’den 2,5 mikrona kadar küçük bir bölümünü gözlemleyebiliyor, ama asıl becerisi spektrumun 0,1 ile 0,8 mikron arasındaki morötesi ve görünür bölümlerinde bulunuyor.

Hubble’dan Maymun Başı Nebulası’nın görünür ışık ve kızılötesi görüntüleri. Görseller: NASA ve ESA Onay: Hubble Heritage Team (STScl/AURA) ve J. Hester

Kızılötesi gözlemler astronomi için neden önemli? Henüz oluşmakta olan yıldızlar ve gezegenler, görünür ışığı soğuran toz kozalarının ardında gizlenmiş durumdadır. (Aynısı kendi galaksimizin tam merkezi için de geçerli.) Ama bu bölgeler tarafından yayınlanan kızılötesi ışık, bu tozlu örtüyü delip geçebilir ve içeride ne olduğunu meydana çıkarabilir.

Solda bir yıldız oluşum bölgesi olan Maymun Başı Nebulası’nın Hubble Uzay Teleskobu’ndan kızılötesi ve görünür ışık görüntüleri var. Yeni oluşmakta olan yıldızdan gelen bir madde jeti, sağdaki görüntünün merkezinin hemen sol üstünde, sütunlardan birinin içinde görülebiliyor. Kızılötesi görünümde, toz ve gaz sütunlarından çok daha uzakta, çok sayuda galaksi de görülebiliyor.

Boyut Karşılaştırmaları

webb hubble boyut karşılaştırması
Webb ve Hubble’ın genel boyut karşılaştırması. Ölçek için alttaki videoda insan referansına bakın. Görsel: GSFC

 

webb hubble boyut karşılaştırması
Webb 6,5 metre çaplı bir ana aynaya sahip olacak, bu da ona uzay teleskoplarının şimdiki neslinde bulunan aynalara göre çok daha büyük bir toplama alanı sağlayacak. Hubble’ın aynası 2,4 metre çapla çok daha küçük ve buna karşılık gelen toplama alanı 4,5 m2, bu da Webb’in  6,25 kat daha fazla toplama alanına sahip olacağı anlamına geliyor. Webb, Hubble’ın üzerindeki NICMOS kamerasından önemli derecede büyük (~15 kat daha fazla alanı kapsayan) bir görüş alanına ve kızılötesi Spitzer Uzay Teleskobu’ndan daha iyi bir uzamsal çözünürlüğe sahip olacak.
Webb güneş koruması boyutları
Webb’in güneş koruması yaklaşık 21 metreye 14 metre boyutlarında. Bir 737 uçağının yaklaşık yarısı kadar büyük. Güneş koruması yaklaşık olarak bir tenis kortu büyüklüğünde.

Yörünge

Dünya Güneş’ten 150 milyon kilometre uzakta ve Ay da aşağı yukarı 384,500 kilometre mesafede Dünya’nın çevresinde dönüyor. Hubble Uzay Teleskobu Dünya’nın çevresinde  ~570 kilometre irtifadaki bir yörüngede dönüyor. Webb ise gerçekte Dünya’nın çevresinde dönmeyecek, bunun yerine 1,5 milyon kilometre uzakta, Dünya-Güneş L2 Lagrange noktasında duracak.

Güneş Dünya uzaklığı

Webb uzaydaki konumu
Webb, Güneş yörüngesinde, Dünya’dan 1,5 milyon kilometre uzakta, ikinci Lagrange noktası veya L2 olarak adlandırılan yerde dolanacak. (Bu grafiklerin ölçekli olmadığını unutmayın.)

Hubble Dünya yörüngesinde bulunduğu için bir uzay mekiğiyle uzaya fırlatılabilmişti. Webb ise bir Ariane 5 roketi üzerinde fırlatılacak ve Dünya yörüngesinde olmayacağı için uzay mekiği ile bakım yapılmak üzere tasarlanmadı.

L2 noktasında Webb’in güneş kalkanı Güneş, Dünya ve Ay’dan gelen ışığı engelleyecek. Bu da Webb’in soğuk kalmasına yardımcı olacak. Bu, bir kızılötesi teleskop için çok önemli.

Lagrange notaları
Lagrange noktaları

Dünya Güneş’in çevresinde dönerken Webb de onunla birlikte dönecek, ama diyagramda görebileceğiniz gibi Dünya ve Güneş’e göre aynı yerde sabit kalacak. Aslında L2 civarında dönen uydular, diyagramda gösterildiği gibi sabit bir noktada tamamen hareketsiz biçimde durmuyorlar.

Webb Ne Kadar Uzağı Görecek?

Işık ilerlerken geçmesi gereken zaman nedeniyle bir cisim ne kadar uzaktaysa o kadar geçmişe bakarız.

kozmosta geçmişi görmek
Kozmosta geçmişi görmek. Görsel: NASA ve Ann Feild [STScI]
Bu illüstrasyon, çeşitli teleskopları ve ne kadar geçmişi görebileceklerini karşılaştırıyor. Özünde, Hubble “çocuk galaksileri” görebilirken Webb Teleskobu “bebek galaksileri” görebilecek. Webb’in ilk galaksileri görebilecek olmasının bir sebebi de bir kızılötesi teleskop olması. Evren (ve dolayısıyla içindeki galaksiler) genişliyor. En uzak cisimlerden bahsettiğimizde Einstein’ın Genel Göreliliği devreye giriyor. Bu bize evrenin genişlemesinin, gerçekte cisimler arasındaki uzayın uzaması anlamına geldiğini ve cisimlerin (galaksiler) birbirlerinden uzaklaşmasına sebep olduğunu söylüyor. Dahası, bu uzaydaki ışık da aynı zamanda uzuyor ve ışığın dalga boyu daha uzun dalga boylarına kayıyor. Bu da uzak cisimleri ışığın görünür dalga boylarında çok sönük (ya da görünmez) hale getirebilir, çünkü bu ışık bize kızılötesi ışık olarak ulaşır. Webb gibi kızılötesi teleskoplar bu erken dönem galaksileri gözlemlemek için ideal araçlardır.

Peki Ya Herschel?

Herschel Uzay Gözlemevi, Avrupa Uzay Ajansı tarafından inşa edilen bir kızılötesi teleskoptu ve o da (Webb’in olacağı) L2 noktasında bulunuyordu.

herchel andromeda görseli
Herschel tarafından çekilmiş (turuncu) ve XMM-Newton’dan bir X-ışını görüntüsü (mavi) üzerine eklenmiş olan Andromeda Galaksisi’nin (M31) kızılötesi görüntüsü. Görsel: ESA / Herschel / SPIRE / PACS / HELGA; ESA / XMM / EPIC / OM

Webb ve Herschel arasındaki asıl fark dalga boyu aralığı: Webb 0,6 ile 28,5 mikron arasında gözlem yapabilirken Herschel 60 ile 500 mikron arasını görebiliyordu. Aynı zamanda Herschel’in 3,5 metrelik aynasına karşılık Webb 6,5 metrelik daha büyük bir aynaya sahip.

Dalga boyu aralıkları farklı bilimsel hedeflerle seçilmişti: Herschel aşırıları, enerjilerinin büyük bölümünü uzak kızılötesinde yayınlayan, en aktif şekilde yıldız oluşturan galaksileri arıyordu. Webb ise erken evrende oluşan ilk galaksileri bulacak, bunun için de yakın kızılötesinde aşırı hassaslığa ihtiyacı var.

Sağda, Andromeda Galaksisi’nin (M31) Herschel tarafından alınmış (turuncu) ve üzerine XMM-Newton’dan (mavi) bir X-ışın görüntüsü eklenen kızılötesi görüntüsü yer alıyor.