Görünmeyeni Gözlemek

GökGünce'nin 1. yılı anısına blogda ikinci konuk yazar olarak Semih Çakmak'ı ağırlıyoruz. Semih ile, sık sık gerçekleştirdiğimiz Gökbilim buluşmalarında tanışma fırsatım oldu ve fırsat buldukça beraber gözlemler ve etkinlikler yapmaya çalışıyoruz. Kendisi bu sene mimarlık okumaya başladı ama ben başından beri onun aklında(ve gönlünde) astronomi olduğunu biliyorum :) Lafı uzatmadan hazırladığı harika yazıyı sunmak üzere sözü Semih'e bırakıyorum!

Sevgili Arif'i bir yıldır büyük çaba sarf ederek -en yoğun zamanlarında bile (!) aksatmadan yazmaya çalıştığı-,yazdığı yazılarla da Türkiye'de görece az olan gökbilim çalışmalarına büyük bir destek verdiği için tebrik ediyorum. Emin olun bir makale bile hazırlamak o kadar zor ki...Bu önemli gününde "GökGünce"yi yalnız bırakmak olmazdı. Konuk yazar olarak radyo astronomi üzerine hazırladığım bir yazıyı GökGünce adına kabul ettiği için Arif'e tekrar çok teşekkür ediyorum. İyi ki varsın "GökGünce"...

1931 yılından önce astronomi, insanlar için sadece saatlerce karanlıkta oturup gökyüzünü gözlemleme manası taşıyordu –aslında günümüzde bile bir çok insan hâla bu şekilde düşünüyor-. Kimse, uzaydan dünyamıza gelen radyo dalgalarından haberdar değildi. Ta ki Bell Telefon Laboratuarlarında çalışan Karl Guthe Jansky adındaki bir mühendis, okyanus aşırı kısa dalga ses iletimi esnasında meydana gelen parazitleri inceleyene kadar…

Günümüzde, optik astronomi ile evreni gözlemlemek kocaman bir bahçeye anahtar deliğinden bakmaya benziyor.

Elektromanyetik tayfın geniş spektrumunu keşfettiğimizde, gökcisimlerinin değişik dalga boylarında ışıma yaptıklarını fark etmiş ve böylece onların çok daha farklı olan yüzlerinden birini ortaya çıkarma isteğiyle radyo teleskopları icat etmişizdir. Ardından sistem olarak çoğu optik teleskoptan pek de farkı olmayan bir düzenek ile radyo dalgalarını toplamış, bir odağa yönlendirmiş, sinyali gürültüden arındırmış ve de çeşitli şekillerde işleyerek üzerinde çalışılabilir hale getirmişizdir.

Peki üzerinde çalıştığımız bu sinyaller de neyin nesi?

Durağan elektrik yükleri bir elektrik alan üretirler(örneğin elektronlar). Hareket eden bir elektron ise hem elektrik alan hem de manyetik alan üretir ve bu alanda düzenli olarak yinelenen değişimler elektromanyetik ışınımı oluştururlar. İşte biz de bu ışınımların büyük dalga boyuna sahip olan kısmını yani “radyo dalgalarını” radyo teleskoplarımızla gözlemliyoruz…

Gözlemlediğimiz radyo dalgalarını oluşturan ışınımlar bir çok farklı etki sonucu ortaya çıkabilir. Oluşan ışıma türlerini;

-21cm hidrojen ışıması
-Isısal ışıma
-Cyclotron Işınımı
-Synchrotron Işınımı

gibi bir kaç sınıfta inceleyebiliriz. Bunlardan kimisi, hızı ışık hızına göre küçük olan parçacıkların manyetik alan içinde hareket etmelerinden dolayı oluşurken kimisi de mutlak sıfırın üzerindeki tüm cisimlerin elektromanyetik dalga yayması ilkesine dayanır. İlkeye göre sıcaklığı mutlak sıfırın(0 Kelvin) üzerinde olan bir cisim “ısısal çalkantı” durumundadır, bu nedenle de cisimdeki yüklü parçacıkların ivmelenmesine ve ışınım salmasına neden olur.

Uzayda gaz bulutlarından tutun Güneş’e kadar bir çok cisim radyo ışınımı yapar. Bunlar gözlemlenebilirlik derecelerine ve çeşitlerine göre sınıflandırılmışlardır. Örneğin tek yıldızlar, yıldız kümeleri, kuasarlar vb. “ayrık kaynaklar”dır. Fakat gözlemlenebilirlik derecelerine göre bunlar da kendi içlerinde nokta kaynaklar, sınırlı kaynaklar ve genişleyen kaynaklar olarak ayrılmıştır…Mesela “nokta kaynaklar” çok çok küçük açılar altında gözlenebilmektedirler.

Radyo kaynaklarını gözlemleyebilmenin en önemli ölçütü teleskobun “çözme gücü”dür. Teleskobun demet genişliğinden daha küçük olarak görünen cisimlere “çözülemeyen veya “ayrılamayan” cisimler denir ve bunlar nokta kaynak gibi davranırlar.

Radyo Teleskopların çanak çaplarını büyütülerek çözme güçleri arttırılabilir fakat büyük çanaklar kurmak daima mümkün olmayabilir. Bu yüzden dünya üzerinde tek başına 100 metreden büyük çanağa sahip olan teleskop sayısı kısıtlıdır fakat küçük çaplara sahip teleskoplarla kurulan sistemler bir hayli fazladır. Böyle bir sistem ile küçük teleskopların gücü birleştirilerek büyük bir teleskoba eşdeğer güçte bir teleskop da elde edilebilir.

VLA (Çok Geniş Dizi),VLBI(Çok Uzun Tabanlı Girişim Aleti)

Eşit açılı y biçiminde alan sentezi ve yer dönmesi sentezi yöntemlerini kullanan bir radyo teleskop türüdür. Raylar üzerinde hareket eden taşıyıcılarla antenlerin yerleri değiştirilebilir.Böylece farklı ayırma gücünde 4 birleştirme yapılabilir.

Üç ya da daha fazla istasyonda eş zamanlı gözlemler yaparak, kaynağın uzun bir saat açısı aralığında gözlenmesi sonucunda kaynak üzerindeki ışınım dağılımı elde edilebilir.

Evet, buraya kadar radyo astronominin tarihçesine, elektromanyetik ışınıma, radyo gözlemi yöntemlerine kısa birer bakış attıktan sonra biraz da radyo dalgalarının, bize görünmeyen evreni nasıl gösterdiğine bir göz atalım.

Öncelikle bize ortalama 150.000.000 km uzakta olan yıldızımız “Güneş” e bakarsak;

Yukarıdaki görüntü VLA tarafından 4,6 GHz frekansta ve 12 yay saniyesi çözünürlüğünde alınmıştır. Yapay renklendirme yapılmış olan bu fotoğrafta parlak olan kısımlar (kırmızı), güneş lekeleri ile çakışmaktadır.Yeşil kısımlar daha soğuk olan ve Güneş’in atmosferinin görece daha yoğun olduğu bölümleri göstermektedir. 4,6 GHz frekansta alınmış olan bu görüntüde radyo salımı yapan bölgeler ortalama 30 000 Kelvin sıcaklığa sahiptir.Koyu mavi bölgeler ise henüz soğumakta olan kısımları göstermektedir. Alt kısımda görülen mavi çizgi -fotoğrafın çekildiği günlerde- güney kutbunun sınırlarını işaret ediyor.Koyu izin bulunduğu yer “filaman kanalı” olarak adlandırılıyor ve Güneş’in atmosferinin çok ince olduğu bir bölgeyi gösteriyor. Radyo verilerle oluşturulan Güneş, optik Güneş’ten oldukça büyüktür. Diskin çevresi, bu resimde optik görüntülerden yaklaşık 20.000 km daha büyüktür.

Burada VLA ile alınan Jüpiter görüntüsü hiç de gezegensel diske benzemiyor değil mi? Görüntüyü, büyük bir kısmı Jüpiter’in manyetik alanında bulunan elektronlar tarafından yapılan “Synchrotron Işınımı” oluşturmaktadır.

Eğer Güneş Sistemimizden biraz daha uzaklaşmayı başarırsak galaksilere de bakış açımızı farklılaştırabileceğimizi düşünüyorum. Şaşırtıcı güzellikte olan ve fotoğraflarına bakmaya doyamadığımız bu devasa gök cisimleri, fotoğraf makineleriyle saatler boyunca yapılan pozlamalardan bile bir çok bilgiyi saklayabiliyorlar. Fakat bir radyo teleskop ile gözlem yapmaya başladığımızda sakladıkları sırlar tek tek açığa çıkmaya başlıyor…

Yukarıdaki örnekte M81 Grubu içerisinde etkileşen galaksiler gösterilmiştir. İlk görüntü(solda) yıldızlardan gelen ışıkla elde edilirken ikinci görüntü(sağda) “21cm hidrojen ışıması” dağılımı sonucu oluşturulmuştur. 21 cm HI, yıldızlar arası gaz hakkında bilgi edinmemizi sağlayan en önemli oluşumlardan biridir. Burada 21cm HI,etkileşim içindeki galaksilerin oluşturduğu izleri takip etmektedir.
Kraliçe A bize 11 bin ışık yılı uzaklıkta ve yaklaşık 300 yıl önce patlayan bir yıldızdan arta kalan madde…Süpernova kalıntısının bu radyo fotoğrafı VLA Teleskobu’nun üç ayrı frekanstaki (1.4,5.0 ve 8.4 GHz) gözlemlerinden oluşuyor.

M87’nin radyo ve optik görüntülerinin birleştirilmesi ile elde edilmiş bir görüntü.

Yengeç Atarcası’nın görünür ışıktaki resmi ve radyoda gözlenen vurular.

Radyo gözlemler ile elde ettiğimiz verilerden birisi de karadelikler tarafından püskürtülen “jet”lerdir. Aşağıdaki fotoğrafta Centaurus A’nın merkezinden püskürtülen jetlerin radyo görüntüsü, galaksinin ise görünür ışık dalga boyunda alınmış fotoğrafı birlikte betimlenmiştir.

Galaksimizin dışında farklı galaksilerden gelen değişken radyo salmaları alınmaktadır. Bu bakımdan galaksiler “normal” ve “aktif” olmak üzere iki gruba ayrılır. Normal galaksiler çok güçlü kaynaklar değillerdir. Örneğin büyük Andromeda Galaksisi 10³² watt’lık bir enerji salmaktadır. Buna karşı yerden yarım milyar ışık yılı uzakta olan, gökyüzündeki en dikkat çekici radyo kaynağı olan Cygnus A, 10^38 watt’lık bir enerji salar.Centaurus A ve Virgo A da güçlü radyo kaynakları arasındadır.

Cygnus A’nın yüksek çözünürlükteki bir resmi. Parlak merkezi bileşen süper kütleli bir kara delikle karşılaşıyor ve rölativistik elektronları iki jet boyunca ivmelendirerek ana sistemin dışına fışkırtıyor.

Aktif galaksiler ise radyo galaksileri, kuasarları, blasarları ve seyfert galaksilerini içermektedir. Kuasarların normal galaksilerden 1 milyon kat daha kuvvetli enerji saldıkları düşünülmektedir. Bu kadar kuvvetli ışınımlarının sebebinin de aktif galaksilerin merkezlerinde bulunan çok büyük kütleli karadelikler olduğu tahmin edilmektedir.

Kuasar 3C873’ün Hubble Uzay Teleskobu ile alınan görüntüsünün siyah-beyaz resminde,optik görüntü ile birleştirilmiş ve radyo veriler ile kontur hatları çizilmiş jet salımları görülebilmektedir.

Son olarak; radyo verilerin bize sağladığı imkanlar ile evreni daha farklı bir açıdan gözlemleyebiliyor,”evrenin haritası”nı çıkartabiliyoruz.

Aşağıdaki resim gökyüzünün galaktik koordinatlar içerisinde, 408 MHz’te alınmış sürekli görüntüsünden oluşturulmuştur. Galaktik merkez ortada ve galaktik disk yatay bir şekilde ondan uzaklaşıyor…


Semih ÇAKMAK

Kaynaklar:
-Uyanıker,B. 2003 Bilim ve Teknik Dergisi,Yeni Ufuklar Eki.
-Atmaca,B. 2001 Radyo Işınım Kaynakları,T.C Ankara Üniversitesi Fen Fak. Astronomi ve Uzay Bilimleri bitirme tezi.
-Miller,F.D. 1997 Basics of Radio Astronomy fort he Goldstone Apple Valley Radio Telescope.
-Kellermann,I.K. 1997 Sky and Telescope
-Dağtekin,D.N. 2007 Amatör Radyo Astronomi Sunumu
-http://www.oulu.fi/astronomy/astrophysics/pr/head.html
-http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/Tour.html