Görünmez Işık: Herschel'in Termometresinden JWST'ye
Gözümüzün renk olarak algıladığı aralık, elektromanyetik tayfın içinde şaşırtıcı derecede dar bir şerit. 1800 yılında bir termometre, bu şeridin dışında da enerji taşıyan bir şey olduğunu gösterdi ve astronomi o günden sonra göremediği ışığı ölçmeye başladı. Herschel'in prizmasından Webb'in soğutulmuş dedektörlerine uzanan yol, daha büyük ayna yapma hikâyesi değil, hangi büyüklüğü ölçmeye karar verdiğimizin hikâyesi.
Kırmızının ötesindeki termometre
William Herschel 1800'de güneş ışığını prizmadan geçirip tayfa ayırdı, sonra termometreleri renklerin üzerine tek tek yerleştirdi. Mordan kırmızıya doğru gidildikçe sıcaklık yükseliyordu. Asıl bulgu, tayfın kırmızı ucunun dışına, hiçbir rengin düşmediği karanlık bölgeye konan termometrenin hepsinden yüksek değeri göstermesi oldu.
Deneyi güçlü kılan ayrıntı burada: Herschel odanın kendi sıcaklığını izleyen kontrol termometreleri kullandı, yani "orada bir şey var" demeden önce "orada bir şey yok" ihtimalini ölçtü. Kızılötesi bir sezgiyle değil, bir kontrol ölçümüyle bulundu.
"Işığın yüzde 99'u görünmez" cümlesi ne söylüyor
Popüler anlatımda sık tekrarlanan bir zincir var: gördüğümüz renkler yaklaşık 80 oktavlık tayfın tek bir oktavını kaplar, dolayısıyla evrendeki ışığın yüzde 99'undan fazlası bize görünmez. Zincirin ilk halkası doğru. Görünür bölge kabaca 380 ile 750 nanometre arasında, yani neredeyse tam bir katlanma, bir oktav. 80 oktav da abartı değil: dalga boyunda 2 üzeri 80, on üzeri 24 mertebesinde bir aralık demek ve gama ışınlarından kilometrelik radyo dalgalarına uzanan menzil gerçekten bu büyüklükte.
İkinci halka ise sessizce konu değiştiriyor. Tayfın genişliği bir şey, o tayfa dağılan enerji başka bir şey. Güneş'in yaydığı enerjinin kabaca yarısı görünür bölgede ve onun hemen bitişiğindeki yakın kızılötesinde toplanır; gözümüz evrenin rastgele bir yerine değil, yanı başımızdaki yıldızın en çok enerji verdiği banda ayarlanmış. Oktav saymak "kaç farklı ışık türü var" sorusuna cevap verir, "ne kadar ışık kaçırıyoruz" sorusuna değil. İkisi birbirine karıştığında geriye kulağa etkileyici gelen ama neyi ölçtüğü belirsiz bir yüzde kalıyor.
Atmosfer bir engel, teleskobun kendisi ondan büyük bir engel
Kızılötesi gözlemin uzaya taşınma nedeni yalnızca atmosferdeki su buharının belirli bantları yutması değil. Daha can sıkıcı olanı, ölçüm yapan aletin kendisinin de kızılötesinde parlaması. Oda sıcaklığındaki bir ayna, bakmak istediğiniz uzak galaksiden kat kat fazla kızılötesi yayar. Bu yüzden kızılötesi astronominin tarihi, ayna büyütme tarihinden çok soğutma tarihidir.
1983'te fırlatılan IRAS bunun ilk büyük ölçekli karşılığıydı. Sıvı helyumla soğutulan uydu gökyüzünü kızılötesinde baştan sona taradı ve yüz binlerce kaynağı kataloğa geçirdi. Görevi bitiren şey elektroniğin bozulması değil, helyumun tükenmesi oldu; on aylık ömür daha en baştan tankın hacmiyle belliydi.
James Webb neyi görüyor
Webb anlatılırken sık düşülen iki hata var. Birincisi teleskobun "milyonlarca kilometre" uzakta olduğunu söylemek: L2 noktası Dünya'dan 1,5 milyon kilometre uzakta, çoğul değil, tek buçuk milyon. İkincisi dedektörlerin sıvı helyumla soğutulduğunu söylemek. Webb'in soğutması pasif: tenis kortu büyüklüğündeki beş katmanlı güneş kalkanı aletleri yaklaşık 40 kelvine indirir ve bunun için sarf malzemesi harcamaz. Yalnızca orta kızılötesi aleti MIRI daha soğuğa, 7 kelvin civarına ihtiyaç duyar, onu da mekanik bir kriyosoğutucu sağlar. Ayrım sonucu doğrudan değiştiriyor: IRAS'ın ömrünü helyum tankı belirledi, Webb'inkini belirlemeyecek.
Derin alan gözlemlerinde toplanan ışık ise aslında hiçbir zaman görünmez değildi. Erken evrendeki yıldızlar morötesi ve görünür ışık yaydı; evrenin genişlemesi bu ışığın dalga boyunu yol boyunca uzattı ve bize vardığında kızılötesine kaymış oldu. Webb yeni bir ışık türü keşfetmiyor, adresi değişmiş eski ışığı doğru bantta bekliyor.
Ölçmeye karar vermek
Herschel'in termometresiyle Webb'in dedektörü arasında iki yüz yirmi yıl var, soru ise aynı kaldı: baktığım yerde göremediğim ne var? Nötrino dedektörleri ve yerçekimi dalgası ölçerleri de bu sorunun devamı. Evrenin ne kadarını gördüğümüz, ne kadar hayal gücümüz olduğuyla değil, hangi büyüklüğü ölçmeye karar verdiğimizle sınırlı.
Kaynaklar