Geçen ay, bilim dünyası M87 galaksisinin merkezindeki süper kütleli bir karadelikten çekilen ilk gerçek fotoğrafla sarsıldı. İlk etapta M87 ve Samanyolu galaksilerinin merkezlerindeki iki süper kütleli karadeliği görüntülemeyi amaçlayan Olay Ufku Teleskobu (EHT – Event Horizon Telescope) projesi, önceliği bize 55 milyon ışık yılı gibi büyük bir uzaklıkta da olsa daha büyük ve daha parlak bir karadeliğe sahip olan M87’ye verdi. Ortasında bulundurduğu 38 milyar km çaplı, 6,5 milyar Güneş kütlesindeki süper kütleli karadelik, gözlemsel olarak ilk sonuçların verimli bir şekilde alınmasını sağlayacaktı.
Olay Ufku Teleskobu, Dünya’nın farklı kıtalarındaki sekiz adet milimetre teleskobunun interferometri yöntemi ile birleştirilmesi ile oluşturulmuş bir projedir. Aslında bu amaçla inşa edilmiş tek bir teleskop ya da bu projeye adanmış bir teleskop projesi değil, onun yerine daha önceden uzun yıllardır farklı amaçlarla kullanılan teleskopların, birleştirilip bu amaçla kullanılması olarak düşünebiliriz.
Proje için kullanılan teleskoplar, dünyanın çok farklı bölgelerinde ve birbirlerine çok uzak mesafelerde bulunuyorlar. Bunlar, Şili’deki ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), APEX (Atacama Pathfinder Experiment telescope, Meksika’daki LMT (Large Millimeter Telescope), İspanya’daki IRAM 30m teleskobu, Arizona’daki SMT (Submillimeter Telescope), Hawaii’deki JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) ve SMA (Submillimeter Array) ve Güney Kutbundaki SPT (South Pole Telescope).
Dünya’da hareketli en büyük iki radyo teleskop olan Almanya’daki Effelsberg ve ABD, Batı Virginia’daki Green Bank radyo teleskopları, 100 metre çapında çanağa sahiptir. Bundan daha büyük hareketli çanak yapımı, mühendislik olarak büyük sorunlar meydana getirdiğinden dolayı inşa edilmiyor. Bu limiti aşabilmek için astronomi dünyası interferometri yöntemi ile birbirlerine uzak, nispeten küçük teleskopları birleştirerek aynı anda, aynı hedefe doğru yönelip gözlem yapmayı ve böylece taban alanını genişleterek çözünürlüğü artırmayı başardılar. Bu tekniğin temeli 100 yıldan daha önceye dayansa da, radyo astronomide ilk olarak 1940’larda radyo teleskop çanakları birleştirilerek gözlem yapılmaya başladı. Burada temel alınan en önemli nokta, her bir radyo teleskobuna gelen radyo sinyallerinin elektronik olarak yükseltilebilmesi (amplify) ve birleştirilmesinin Fourier yöntemi ile kolayca yapılabilmesidir. Önceleri birbirlerine birkaç yüz metre ara verilerek birleştirilen bu radyo teleskoplar (örneğin New Mexico’daki VLA), 1976 yılında ABD, Sovyetler Birliği ve Avustralya’daki antenlerin birleştirilmesi ile ilk geniş tabanlı radyo interferometrisinin, VLBI’ın (Very-longbaseline interferometry) temelini atmış oldu. Sonraları bu gözlemlere birçok farklı ülkelerden antenlerin katılmasıyla büyük uluslararası projeye dönüştü. EHT’nin yaptığı gözlemlere geçmeden önce gözlem için kullanılan frekansın özelliğinden bahsedelim.
Milimetre teleskopları
EHT, gözlemini, 1.3 milimetre dalga boyunda (230 GHz frekansta) yapmıştır. Bu dalga boyu bizlere özellikle uzaydaki tozlu ve gazlı ortamları göstermeyi sağlar. Bu amaçla inşa edilen ve 1 ile 10 milimetre dalga boylarında gözlem yapan teleskoplara ise “milimetre teleskopları” denir. Burada daha detaylı bir açıklama yapmam gerekirse, optik dalga boyları 380 nanometre (0.00038 mm) ile 750 nanometre (0.00075 mm) arasındadır yani optik dalga boyları milimetreden çok daha küçüktür. Dolayısıyla optik teleskoplarda bu dalga boylarında gözlem yapmak için pürüzsüz bir ayna kullanmalısınız. Yani toz parçaları bile dalga boyundan büyük olabileceğinden en iyi verim için tertemiz olmalıdır. Öte yandan radyo dalgaları santimetre veya daha uzun büyüklüklerde olduğundan, büyük radyo teleskop çanaklarının yüzeyleri bu kadar aşırı hassas olmak zorunda değildir. Çanak (The Dish) filmini izlerseniz, Dünya’nın en büyük çanaklarından biri olan Avustralya’daki 64 metre çaplı Parkes Radyo teleskobunun çanağı üzerinde yürüyüp, piknik yapıldığını izlersiniz. Tabii milimetre dalga boyu tam olarak, optik ile radyo arasında bir dalga boyu olduğundan, ne normal ayna kullanılıyor ne de standart çanak kullanılıyor, yani bunun tam ortası, üzeri tertemiz çanaklar kullanılıyor diyebiliriz. Örneğin ALMA gibi milimetre teleskoplarının çanaklarının yüzey hassasiyeti 25 mikrometre derecesine kadar hassas olduğundan üzerinde yürüyemezsiniz, yürümeyin de zaten, ne işiniz var orada!
EHT gözlemleri
EHT projesinde kullanılan teleskopların Dünya’nın birbirinden çok bağımsız ve farklı iklim koşullarına sahip bölgelerinde yer aldıklarından dolayı, aynı anda bütün bölgelerde gözlem yapılabilir açık görüşe ulaşması gerçekten çok zor bir durumdu. O nedenle M87 süper kütleli karadelik gözlemleri 5, 6, 10 ve 11 Nisan 2017 tarihlerinde dört günde yapıldı. Gözlemlerin sonradan aşırı hassas bir şekilde birleştirilmesi gerektiğinden bütün teleskoplarda atom saati kullanılarak zaman bilgisinin en doğru şekilde alınması sağlandı. Bu gözlemlerin veri boyutları çok yüksek olduğundan da kablo hatlarıyla ortak merkeze taşımak yerine, yerel disklere kaydedildi ve elle taşınarak MIT’nin Haystack Gözlemevi’ne toplandı. Hatta Güney kutbundaki teleskop olan SPT’de yapılan gözlem veri diskinin ulaşması için uçakların kalktığı aylar olan Antarktik yazının gelmesi beklenmiş. Toplam 5 petabye (5 milyon gigabyte) büyüklüğünde elde edilen veriler “correlator” bilgisayarlarında veri indirgeme algoritmalarıyla birleştirildi. Her teleskobun verisi diğer teleskopla ilişkilendirilerek birleştirilir, sonra bir diğeri, sonra diğeri. Böylece teleskoplar arası taban boyutları birbirlerinden farklı da olsalar en yakın taban boyutu 160 metreden, en uzak taban boyutu 10.700 km’ye kadar uzanır. Bu da neredeyse tam bir Dünya çapına yakındır. En sonunda ortaya çıkan fotoğraf, elimize M87’nin merkezindeki süper kütleli karadeliğin çevresindeki toplanma (accretion) diskinden bulunan neredeyse ışık hızına çok yaklaşarak hareket eden gazı gösteriyor. Fotoğraf, bugüne kadar yayınlanan simülasyonlardan çıkan sonuçlara o kadar iyi benziyor ki, bu aynı zamanda eldeki karadelik teorileriyle de büyük oranda uyuştuğunu gösteriyor. Çapı 120.000 ışık yılı ve kütlesi 2,4 trilyon Güneş kütlesinde olan M87 küresel galaksisi bu fotoğraf ile beraber bundan sonra dikkat çekecek bir galaksi olacağa benziyor.
Bu yazı Popular Science Turkiye Dergisi için yazılmıştır, dergi sayfalarını indirmek için pdf’i tıklayınız.
Yıldız Günlükleri (Popular Science Turkiye – Mayıs 2019)