Planck uydusu

Planck, Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) 2009-2013 arasında çalıştırdığı uzay gözlemevidir. Görevi, evrenin bebeklik çağından kalan en eski ışık olan kozmik mikrodalga arka plan ışımasındaki küçük sıcaklık farklarını o güne kadarki en yüksek duyarlılık ve çözünürlükle haritalamaktı. Adını kuantum kuramının öncüsü Alman fizikçi Max Planck'tan alır. Planck'ın verileri, evrenin yaşını, bileşimini ve genişleme hızını bugüne kadarki en hassas biçimde ölçen kaynak oldu.

Görevin amacı

Kozmik mikrodalga arka plan, evren yaklaşık 370 bin yaşındayken serbest kalan ve bugün tüm gökyüzünü dolduran ışımadır. Bu ışımadaki çok küçük sıcaklık dalgalanmaları, sonradan galaksilere ve galaksi kümelerine dönüşecek yoğunluk farklarının izini taşır. Planck'ın başlıca hedefleri şunlardı:

• Arka plan ışımasının hem şiddetini hem de kutuplanmasını çok yüksek çözünürlükle ölçmek
• Erken evrene ilişkin kuramları, özellikle şişme kuramını sınamak
• Galaksi kümelerinin bir kataloğunu çıkarmak
• Samanyolu'ndaki toz ve manyetik alanı haritalamak

Proje 1996'da COBRAS/SAMBA adıyla başladı. Planck, NASA'nın WMAP uydusundan yaklaşık üç kat daha ince ayrıntıları görebiliyor ve beş yerine dokuz frekans bandında gözlem yapıyordu.

Uzay aracı ve araçları

Uydu, Thales Alenia Space tarafından Fransa'nın Cannes kentinde inşa edildi. Fırlatma kütlesi yaklaşık 1.950 kilogramdı; 1,9x1,5 metrelik bir teleskop taşıyordu. İki bilim aleti vardı:

• Düşük Frekans Aleti (LFI): 30-70 gigahertz aralığında üç bant
• Yüksek Frekans Aleti (HFI): 100-857 gigahertz aralığında altı bant; 52 bolometrik dedektörle çalışır

Dedektörlerin bu kadar zayıf bir ışımayı ölçebilmesi için aşırı soğuk tutulması gerekiyordu. Planck'ın soğutma sistemi aletleri mutlak sıfırın yalnızca 0,1 derece üzerine indirdi; araç Ağustos 2009'dan, soğutucu helyumu bittiği Ocak 2012'ye kadar uzayda bilinen en soğuk nesneydi. Uydu dakikada bir tur dönerek gökyüzünü şeritler hâlinde tarıyordu; dairesel güneş paneli her zaman Güneş'e bakan alt yüzeyindeydi. Bolometreler ve soğutucunun bir bölümü NASA'nın Jet İtki Laboratuvarı'nda yapıldı.

Yolculuk ve önemli anlar

• 14 Mayıs 2009: Herschel uzay gözlemeviyle birlikte Fransız Guyanası'ndan Ariane 5 roketiyle fırlatıldı.
• Temmuz 2009: Dünya'dan yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzaktaki L2 Lagrange noktasına ulaştı.
• 13 Ağustos 2009: İlk tüm gökyüzü taraması başladı.
• 15 Ocak 2010: Görev 12 ay uzatıldı.
• 5 Temmuz 2010: İlk tüm gökyüzü görüntüsü yayımlandı.
• Mayıs 2014: Planck verileriyle Samanyolu'nun manyetik alan haritası yayımlandı.
• 13 Ocak 2012: Yüksek frekans aletinin soğutucu helyum-3'ü tükendi; araç bu tarihe kadar hedeflenen iki yerine beş tam tarama yapmıştı.
• 21 Mart 2013: Arka plan ışımasının tüm gökyüzü haritası yayımlandı.
• 23 Ekim 2013: Son komut gönderildi ve araç kapatıldı.
• Temmuz 2018: Son veri sürümü ve makaleler yayımlandı.

Bilimsel sonuçlar

2018'deki son analiz, evrenin standart kozmoloji modelini (Lambda-CDM) şimdiye kadarki en güçlü biçimde destekledi. Sonuçlara göre evrenin yaklaşık yüzde 68,5'i karanlık enerji, yüzde 26,6'sı karanlık madde, yalnızca yüzde 4,9'u sıradan maddedir ve uzay neredeyse tamamen düzdür. Planck, Hubble sabitini megaparsek başına saniyede 67,4 kilometre olarak ölçtü. Bu değer, yakın evrendeki doğrudan ölçümlerden belirgin biçimde düşük; aradaki fark bugün Hubble gerilimi adıyla kozmolojinin en büyük açık sorularından biri. Veriler ayrıca en basit şişme modellerini destekledi, nötrino kütlelerinin toplamına 0,12 elektronvoltluk bir üst sınır koydu ve üç nötrino türünden fazlasına işaret bulmadı.

Görevin ilk büyük sonuçları 21 Mart 2013'te açıklandı. Bu ilk analizde evrenin yaşı 13,798 milyar yıl, Hubble sabiti 67,8 olarak hesaplandı; evren daha önce düşünülenden biraz daha yaşlı çıktı. Harita, gökyüzünün iki yarısı arasında beklenmedik bir istatistik asimetrisi de gösterdi. 2015'te tüm görev verilerinin analizi kutuplanma ölçümleriyle birlikte yayımlandı. Aynı yıl Planck ve BICEP2 ekiplerinin ortak çalışması, BICEP2'nin ilkel kütleçekim dalgalarına ait olabileceği düşünülen sinyalinin büyük olasılıkla Samanyolu'ndaki tozdan kaynaklandığını gösterdi.

Bilmeye değer

• 2013 verilerine göre evrenin yaşı 13,798 milyar yıl olarak hesaplandı.
• Görevin toplam maliyeti yaklaşık 700 milyon avro olarak tahmin ediliyor.
• Avrupa Fizik Derneği'nin 2019 Cocconi Ödülü, Planck ve WMAP ekiplerine birlikte verildi.
• Planck'ın en önemli sınırlaması dedektörleri değil, Samanyolu'nun kendi ışımasının ölçümlerden ne kadar iyi ayıklanabildiğiydi; bu yüzden dokuz ayrı frekansta gözlem yapıldı.
• Planck ve kardeş gözlemevi Herschel, ortak tasarlanmış bir hizmet modülünü paylaştı.
• Görev sonunda Planck, gelecekteki araçlara tehlike oluşturmaması için Güneş çevresinde bir "mezarlık" yörüngesine gönderildi.
• Planck ekibi ve baş araştırmacılar Nazzareno Mandolesi ile Jean-Loup Puget, 2018 Gruber Kozmoloji Ödülü'nü paylaştı.