Çocukluktan itibaren merakla gökyüzünü seyrettiğimiz, acaba bir gün gider miyiz, diye aklımızdan defalarca geçirdiğimiz gezegenler, yıldızlar… Henüz gidemediğimiz hatta zar zor görebildiğimiz ötegezegenler ve yıldızlar hakkında bazı bilgiler nasıl elde ediliyor hiç düşündünüz mü?
Güneş sisteminde Dünya’nın da içerisinde olduğu sekiz gezegen bulunuyor. Bu gezegenler sırasıyla: Merkür, Venüs, Dünya, Mars, Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün’dür. Fakat Güneş sisteminde bulunmayıp, başka bir yıldızın yörüngesinde bulunan gezegenler de mevcuttur. Bu gezegenler “Ötegezegen” olarak bilinmektedir. 1 Aralık 2022 itibariyle, 3.899 gezegen sisteminde 5.284 onaylanmış ötegezegen kaydedilmiştir. Ayrıca, 847 sistemin birden fazla gezegeni bulunmaktadır. Bunların çoğu Kepler Uzay Teleskobu tarafından keşfedilmiştir. Güneş sisteminden kat be kat uzaklıktaki bu gezegen sistemlerine, yıldızlara ve ötegezegenlere henüz ayak basılmamış olunmasına rağmen gökbilimciler, bunların yapısal özellikleri ve atmosferin içeriği hakkında bilgiler toplayabilmiştir. Peki ya milyarlarca mil uzaktaki gezegenlerin bileşimini ve atmosferinin içeriğini nasıl bilebiliyorlar?
Gökbilimcilerin yıldızların, gezegenlerin ve diğer nesnelerin özellikle atmosferlerinin yapısal bileşimini belirlemek için kullandıkları en yaygın yöntem spektroskopidir. Spektroskopi, malzemenin ışıkla etkileşime girdiğinde veya ışık yayıldığında üretilen spektrumların incelenmesidir. Çekilen bir fotoğraf aracılığıyla ortaya çıkarılamayan detayları ortaya çıkarmanın anahtarıdır. Spektroskop veya spektrometre olarak da adlandırılan bu cihaz, bir prizmanın beyaz ışığı gökkuşağındaki renklere ayırması gibi, tek bir malzemeden gelen ışığı bileşen renklerine ayırır. Böylece spektrometre cihazı, bilim insanlarının ışığı analiz etmesine ve onunla etkileşime giren malzemenin özelliklerini keşfetmesine olanak tanıyan ilgili spektrumu kaydeder. Spektroskopi, evreni anlamak için görüntüleme tekniği kadar önemlidir. Her element ve element kombinasyonu astronomların belirli bir nesnenin spektrumunda bulabileceği benzersiz bir parmak izine sahiptir. Parmak izlerinin tanımlanması; incelenen nesnenin, atmosferin neyden yapıldığını araştırmacıların belirlemesine olanak tanır.
Peki ya her element için nasıl bu kadar öznel bir parmak izi elde edilebiliniyor? Işık, etkileştiği malzeme hakkında bilgi taşır. Farklı malzemeler ışıkla beraber farklı şekilde etkileşime girer ve bu farklılık bir şeyin neyden yapıldığının anlaşılmasına olanak sağlar. Bildiğimiz üzere bütün maddeler atomlardan yapılmıştır. Elektronlar, bir merdivendeki basamaklar gibi, izin verilen farklı enerjilerde bir atomun çekirdeğinin etrafında döner ve bu elektronlar en düşük enerji düzeyinde -konfigürasyonlarında- kalmayı sever. Ancak enerji taşıyan fotonlar bir elektrona çarptığında, onu daha yüksek enerji seviyesine yükseltebilir. Bu absorpsiyondur ve her elementin elektronları, yalnızca o atomdaki enerji seviyesi aralığındaki tam farkta, dalga boyunda olan (yani enerjilerde) ışığı emer. Ancak elektronlar orijinal seviyelerine geri dönmek ister, bu nedenledir ki enerjiyi uzun süre tutmaz. Böylece, elektronlar alt basamaklara inerek basamaklar arasındaki farkın özgül enerjisinde ışık yayar. Bu, farklı atomların ve moleküllerin farklı ışık renkleri yayması anlamına gelir. Sodyumun spektrumu nitrojenin spektrumuna benzemediği gibi başka herhangi bir elementin spektrumuna da benzemez. Absorpsiyon çizgilerinin oluştuğu dalga boyları her element için benzersiz olduğundan, gökbilimciler gözlemledikleri hedefte hangi elementlerin bulunduğunu belirlemek için çizgilerin konumunu ölçer. Ayrıca, emilen ışık miktarı, her bir elementin gözlemlenen hedef içinde ne kadar mevcut olduğu hakkında da bilgi verebilmektedir.
Işıktan bu denli kritik bilgilerin elde edilmesine olanak sağlayan spektrometre cihazlarının çalışma prensibi ise şu şekildedir: Bir spektrometre, ışığı tek bir alandan veya nesneden izole etmek için teleskopa gelen ışığı metal bir plakadaki küçük bir delikten veya yarıktan geçirir. Bu ışık, onu farklı dalga boylarına ayıran özel bir ızgaradan yansır. Böylece, oluşan spektrumu kaydeden bir dedektörle kaydedilir.
Hubble Teleskobu, kameraları tarafından çekilen görüntülerle ünlüdür, ancak genellikle spektrograflarına da güvenir. Hubble'ın spektrografları, evrenin birçok yönünün önemli ayrıntılarını sunmuştur. Hubble'dan elde edilen birçok spektroskopik bulgunun bazı örnekleri şu şekilde sayılabilir:
- Kara deliğin imzasını kaydetmek, başka bir galaksinin merkezindeki kara deliğin etrafında saniyede yüzlerce mil hızla dönen gazın kimyasal içeriğini ortaya çıkarmak,
- Güneş sisteminin dışında bir yıldızın yörüngesinde dönen gezegenin atmosferinin doğrudan tespitini sağlamak,
- Başka bir yıldızın yörüngesinde dönen bir gezegenin atmosferinde organik molekül tespit etmek,
- Bir kuasardan gelen ışığı kullanarak uzaktaki evrene dair parmak izini tanımlamak,
- Gökbilimcilerin galaksilerin oluştuğu ham maddeleri araştırmasına ve bu gazın günümüz evreninin karmaşık yapılarında nasıl bir araya geldiğini belirlemesine olanak tanımak.
Işığın taşıdığı bilgilerin bu denli analiz edilebilmesiyle bahsettiğimiz milyalarca mil uzaklıktaki ötegezegenlerin yapısı, atmosferlerin içeriği ve daha birçok bilgiyi gökbilimciler elde edebilmekte ve insanlığa sunabilmektedir.
