SPHEREx, karanlıkta dolaşan kahverengi cücelerin çeşidini görüyor

NASA'nın SPHEREx (Evrenin Tarihi, Yeniden İyonlaşma Çağı ve Buzlar için Tayf-Fotometre) uzay teleskobu, yıldızlarla ötegezegenler arasındaki çizgiyi bulanıklaştıran gök cisimleri olan kahverengi cücelere ışık tutuyor. The Astrophysical Journal'da yayımlanan yeni bulgular, bu karanlık ve bulutlu dünyaların, kendi Güneş Sistemimizdeki dev gezegenlerden farksız sayılabilecek, kimyasal bakımdan zengin atmosferlere sahip olduğunu gösteriyor.

İlk kez 1990'larda keşfedilen kahverengi cüceler, yıldızlar gibi çöken gaz bulutlarından oluşuyor; ama çekirdeklerinde hidrojen füzyonunu sürdürecek kadar ağır değiller. Sönük biçimde parlayan bu ılık gaz küreleri Jüpiter ve Satürn'le de özellikler paylaşıyor. Ne var ki gezegenlerin çoğunun aksine kahverengi cüceler karanlıkta sürükleniyor; bir ana yıldızın yönetiminde değiller ve tümüyle içeriden ısınıyorlar.

Yeni çalışmanın baş yazarı ve Caltech'in Pasadena, California'daki bilim ve veri merkezi IPAC'ta bilim insanı olan Zafar Rustamkulov, "Biraz gotik sayılırlar" diyor. "Ötegezegenlerin aksine serbest dolaşan kahverengi cüceler tamamen bağımsız gök cisimleri; sonsuzluğa yalnız başlarına sönerek gidecekler. Ne kadar karmaşık olduklarını hâlâ öğreniyoruz."

Bu "karanlık gezginlerin" yalnızca birkaç düzinesi uzay teleskoplarıyla ayrıntılı biçimde incelendi. Astronomlar doğal ortamlarında daha fazlasını gözlemek istiyor; çünkü yapıları, fırtınalılıkları ve evrimlerine dair bilgimizin büyük bölümü kuramsal modellerden geliyor.

İşte NASA'nın SPHEREx devreye giriyor: Mart 2025'te fırlatılan ve ajansın Güney California'daki Jet İtki Laboratuvarı (JPL) tarafından yönetilen bir kızılötesi uzay teleskobu.

Çalışmanın yazarları, SPHEREx'in yakındaki 37 kahverengi cüceye ait gözlemlerini inceledi; bu cisimler yaklaşık 4.000 ile eksi 10 Fahrenheit derece (2.200 ile eksi 20 santigrat derece) arasında, kahverengi cücelerin tüm sıcaklık aralığını kapsıyor. Teleskop, gözümüzün görebildiği en koyu kırmızıdan kızılötesi ışığın görünmez ısısına kadar 102 ayrı renkte parlaklıklarını ölçerek bir tayf oluşturuyor. Bu tayflar yazarlara, su, karbondioksit, karbonmonoksit ve metan barındıran kimyasal bakımdan zengin atmosferleri gösterdi.

Çalışmanın ortak yazarı, Caltech IPAC'ta bilim insanı olan J. Davy Kirkpatrick, "Bu moleküllerin imzalarını ve tüm sıcaklık aralığı boyunca cisimden cisme nasıl değiştiğini görüyoruz" diyor. "Makalemiz yalnızca üç düzineye odaklandı, ama analiz sürecinde binlercesi daha var. Evrenin kahverengi cüce çeşitliliğine koyduğu sınırı gerçekten görmek istiyorum."

Rustamkulov şöyle anlatıyor: "SPHEREx yörüngeden, yerdeki teleskoplarla görülmesi esasen imkânsız olan ışık dalga boylarını görüyor; çünkü Dünya atmosferindeki su bunları soğuruyor. Gökyüzünün her yerindeki kahverengi cücelerin derin, kırmızı bulutlarından gelen ışığı yakalıyoruz."

Tam kıvamında bir aralık

Kahverengi cüceleri saptamak, SPHEREx için bir tür yan uğraş. Uzay teleskobu, tüm gökyüzünün haritalarına dikmek üzere günde yaklaşık 3.600 özgün görüntü alıyor. Yüz milyonlarca galaksinin evrende nasıl dağıldığını bilmek, bilim insanlarının Büyük Patlama'dan sonraki saniyenin milyarda bir trilyonda bir trilyonda birinde ne olduğunu yeniden kurmasına yardım edecek. Teleskop gökyüzünü taradıkça yaşamın kimyasal bileşenlerini de arıyor ve bir gün uzak dünyalarda okyanusların tohumu olabilecek yıldızlar arası buzu buluyor.

Kahverengi cüceler yıllardır NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu ve emekliye ayrılan Spitzer Uzay Teleskobu da dahil başka gözlemevlerince saptanıyordu. Ama tayf kapsamı sayesinde SPHEREx şimdi, ışığın derin kırmızı ve kızılötesi dalga boylarını kapsayan verimli bir bölgede bunların binlercesini ilk kez görüntülüyor.

Bu dalga boylarında moleküller, uzaya doğru parlayan ışıkta belirgin soğurma desenleri oyuyor. Kahverengi cüceler yaşlanıp soğudukça desenler değişiyor. SPHEREx'in gözlediği kahverengi cücelerin bazıları, egzotik bulutlarının seyrelip yerini metan bakımından zengin atmosferlere bıraktığı hareketli bir yaşam evresinde.

Rustamkulov, "En gelişkin modeller genel kimyasal eğilimi yakalıyor, ama bu bulutlu geçişlere gelince modeller veriyle örtüşmekte zorlanıyor" diyor. "Hiçbir kahverengi cüce diğerine benzemiyor. Aynı sıcaklıkta bile tayfları epey farklı görünüyor."

Kirkpatrick ise bulguları bir harekete geçme çağrısı olarak niteliyor: "Bu yolculuk çoğumuzu kaza eseri meteorolog yaptı. Kendi gezegenimizde havayı tahmin etmenin ne kadar zor olduğunu biliyoruz; bu tuhaf, soğuk cisimlerde gördüğümüz olguları açıklamanın da aynı ölçüde zorlu olacağını fark ediyoruz."

SPHEREx hakkında

Görev, Washington'daki Bilim Görev Müdürlüğü içinde yer alan NASA Astrofizik Bölümü adına JPL tarafından yönetiliyor. Teleskop ile uzay aracı gövdesini BAE Systems üretti. SPHEREx verilerinin bilimsel analizi, Caltech'te bulunan ve JPL'de de ortak görevi olan baş araştırmacı Jamie Bock ile JPL'den proje bilimcisi Olivier Doré'nin önderliğinde, ABD, Güney Kore ve Tayvan'daki 13 kurumdan bilim insanlarından oluşan bir ekip tarafından yürütülüyor. Veriler Pasadena'daki Caltech IPAC'ta işlenip arşivleniyor. Caltech, JPL'yi NASA adına yönetiyor. SPHEREx veri seti bilim insanlarına ve kamuya ücretsiz olarak açık.