Webb'in iki yıllık verisinde gizli gezegen bulundu: FLIP yöntemi yıldız parıltısını siliyor

Başka yıldızların çevresindeki gezegenleri doğrudan fotoğraflamak astronominin en zor işlerinden biri. Gezegenler yıldızlarından bir milyon kat daha sönük olabiliyor ve yıldızın parıltısı onları kolayca boğuyor. Northwestern Üniversitesi liderliğindeki bir ekip, James Webb Uzay Teleskobu'nun mevcut gözlemlerinde bu parıltıyı çok daha hassas biçimde silen bir hesaplama yöntemi geliştirdi. Nature dergisinde yayımlanan çalışmada yöntem, iki yıllık Webb verisinde standart işlemle görülemeyen bir dev gezegeni ortaya çıkardı.

Çalışmayı Northwestern'de astronomi doktora öğrencisi Rodrigo Ferrer-Chavez yönetti. Ortak yazarlar arasında fizik ve astronomi bölümünden yardımcı doçent Jason Wang da var. İkisi de üniversitenin Astrofizikte Disiplinlerarası Keşif ve Araştırma Merkezi'nin (CIERA) üyesi.

Yirmi yıllık yöntemin zayıf noktası

Webb gibi teleskoplar, yıldız ışığını engelleyen koronagraf adlı aletler kullanır. Ancak engel kusursuz değildir; bir miktar yıldız ışığı yine de sızar ve görüntüde gezegeni örtebilen puslu bir desen bırakır. Wang'ın anlattığına göre gökbilimciler son 20 yıldır bu sorunu, başka bir yıldızı gözleyip onun görüntüsünü referans olarak kullanarak çözüyor: Referans görüntü asıl gözlemden çıkarılıyor, geriye kalan sönük noktalar gezegen adayı oluyor.

Sorun şu ki hiçbir teleskop tamamen hareketsiz kalmıyor. Ferrer-Chavez'e göre birkaç nanometrelik kaymalar ya da eğilmeler bile ışık desenini değiştirebiliyor. Wang, küçük sıcaklık değişimlerinin bir aynayı pikometre ölçeğinde genleştirip büzebileceğini, Webb'in aletlerini soğutan kriyosoğutuculardaki küçük motorların da aynalarda titreşime yol açabileceğini söylüyor. Bu yüzden referans görüntü gözlemle hiçbir zaman tam örtüşmüyor ve en küçük uyumsuzluk sönük bir gezegeni gizlemeye yetiyor.

Teleskobun dijital ikizi

Ekibin yöntemi FLIP, İngilizce adının açılımıyla "gezegen görüntüleme için fiziğe dayalı öğrenme". FLIP yalnız referans fotoğraflara dayanmak yerine teleskobun bir dijital ikizini, yani yıldız ışığının aynalardan geçip dedektörlere ulaşmasını taklit eden sanal bir kopyasını kuruyor. Araştırmacılar bu modeldeki milyonlarca parametreyi, konumdaki ince kaymalar ve optikteki bozulmalar gibi küçük kusurları hesaba katacak biçimde ayarlıyor. Model gerçek gözlemle yakından örtüşünce yıldızın istenmeyen ışığı büyük bir hassasiyetle yeniden üretiliyor ve görüntüden çıkarılıyor.

Wang, yapay zekâ modellerini eğitmekte kullanılan hesaplama araçlarından yararlandıklarını, ancak yapay zekâ kullanmadıklarını vurguluyor. Ona göre teleskobun fiziği zaten bilindiği için olup biteni anlamak üzere bir yapay zekâya gerek yok.

51 Eridani b yeniden ortaya çıktı

Ekip yöntemi Webb'in geçmiş gözlemlerinde sınadı. Bilinen gezegenleri olan HIP 65426 ve 51 Eridani yıldızlarına, ayrıca bilinen gezegeni olmayan TYC 5899 yıldızına ait verileri yeniden işledi. FLIP, gezegen saptama duyarlılığını geleneksel tekniklere göre 2 ila 15 kat artırdı.

51 Eridani b, daha önce yerdeki teleskoplarla keşfedilmiş bir dev gezegen. Webb'in karbondioksitin kızılötesi ışığı güçlü biçimde soğurduğu 4,3 mikron dalga boyundaki gözleminde ise standart işlem gezegeni kalıntı parıltıdan ayıramamıştı; atmosferdeki karbondioksit gezegenin sinyalini bu dalga boyunda daha da zayıflatıyordu. FLIP uygulanınca gezegen beklenen konumunda belirdi. Gezegeni zor görünür kılan bu özellik aynı zamanda onu ilginç yapıyor: Bu dalga boyundaki ölçümler gezegen atmosferinin bileşimine dair yeni ipuçları verebilir. Wang'ın deyişiyle bu, doğru araçlar olmadığı için masada bırakılmış bir bilimdi.

Sırada Dünya benzeri gezegenler mi var?

Yöntemin önemi, donanıma dokunmadan duyarlılığı artırması. NASA'nın önerilen Yaşanabilir Dünyalar Gözlemevi, Güneş benzeri yıldızların çevresindeki Dünya benzeri gezegenleri doğrudan fotoğraflamayı amaçlıyor. Northwestern'in açıklamasına göre bunun için teleskobun pikometre ölçeğinde, yani Webb'den kabaca 100 ila 1.000 kat daha kararlı olması gerekebilir. FLIP, teleskobu kusursuz biçimde sabit tutmaya çalışmak yerine küçük kusurlarını hesaplayıp düzeltmeyi öneren farklı bir yol açıyor. Gözlemevinin ilk tasarım taslaklarını daha önce aktarmıştık.

Şimdilik ekibin beklentisi, FLIP'in arşivdeki gözlemlerde saklı kalmış gezegenleri ortaya çıkarması. Ancak yöntemin şu ana kadar üç yıldızın verisinde sınandığını ve sonucun yeni bir keşif değil, bilinen bir gezegenin zor bir dalga boyunda yeniden saptanması olduğunu not etmek gerekiyor. Ferrer-Chavez, Güneş Sistemi'ndekilere benzeyen gezegenleri başka yıldızların çevresinde henüz bilmememizin nedeninin onların yokluğu değil, onları göremememiz olduğunu söylüyor.