UZAK GEZEGENLER-1: Ordaaa, bir gezegen var uzakta…

Güneş sistemi dışındaki gezegenler hakkındaki bilgilerimiz giderek artarken, bilim kurgu filmlerinde hayal edilmiş manzaraların bir yerlerde gerçek olduğunu öğrenmeye devam ediyoruz.

(Açık Bilim Dergisi‘nin Temmuz 2012 sayısında yayınlanmıştır.)

İlkokul sıralarında iken hepimizin söylediği o meşhur şarkıyı hatırlamayan var mı? “Ordaaa, bir köy var uzakta…” dizeleriyle öğrendiğimiz o şarkının bestesini hala anlayabilmiş değilim. Niçin “uzaktaki o köy, ev bizimdir!” diye coşkuyla değil de acıyla söylenir bilemedim ve bilemeyeceğim de. Ancak… Belki de bu şarkıyı günü gelince değiştirmek gerekecek. Henüz erken ama, keşfedilen yeni gezegenlerle her geçen gün evrenin kalabalıklığını anladıkça, merak, keşif ve belki de fetih duygularımız giderek kabarıyor; bu kürede sıkışıp kalmış türümüz için yeni umutlar doğuyor.

Güneş sistemi dışındaki gezegenleri keşfimizden çok önce, aslında kendi güneş sistemimizde bizden başka gezegenler olduğu bilgisine bile sahip değildik. Hatta o günün astronomi bilgileri, Dünya’nın da bir yıldız çevresinde dönüp duran herhangi bir gezegen olduğunu söylemekten çok uzaktı ve Dünya diğer cisimlerin çevresinde döndüğü bir merkez kabul ediliyordu. Diğer gezegenlerin her zaman yerinde duran yıldızların aksine oldukça hareketli ve “manasız” hareketlere sahip olmaları yeryüzündeki meraklı toplulukların ilgilerini çok çekmişti. O günkü insanları şaşırtacak bu hareket dinamikleri, onların kutsal olduğunun düşünülmesine ve sonunda ortaya astrolojinin çıkmasına sebep olacaktı. (Ne gariptir ki bugün onların da alelade bir gezegen olduklarını bilmemize ve fiziksel tüm dinamiklerini öğrenmemize rağmen astroloji hala nüfusun büyük çoğunluğunun inandığı bir inanç sistemi olarak kalmıştır.)

Bir idam ve hayal kırıklıkları…

Antik Yunan’da gökyüzü hakkında pek çok düşünce kol gezse de diğer yıldızlar ve olası gezegenleri hakkındaki bugünkü bilgilerimize en yakın önerme gezegenlerin ne olduklarını anladıktan bir süre sonra, 16. yy sonlarında, Bruno tarafından ortaya atıldı:

İtalyan filozof, matematikçi ve astronom Giordano Bruno, güneşin de bir yıldız olduğunu, ve daha bir çok yıldız olduğuna göre onların çevresinde de bizimki gibi başka dünyaların olabileceğini öne sürdü, ama maalesef kabul görmedi. Hatta bu iddia onun 1600 yılında Roma Engizisyon Mahkemesi tarafından kazığa bağlanarak diri diri yakılarak öldürülmesine sebep oldu.

Engizisyon mahkemesinin gücünü yitirmeye başladığı zamanlarda, mahkemenin nüfuzunun erişmediği Prag şehrinde Kepler’in gezegenlerin eliptik yörüngesini keşfederek güneşi merkeze oturtması, tabiri yerindeyse güneşin bir yıldız olarak, gezegenlerin de onun çevresinde dönen gökcisimleri olarak tescili oldu. Göğe dair bildiklerimiz hızla değişirken kilisenin iddiaları bir bir çürüdü. Kısa süre sonra Bruno’nun fikirleri de pek çok düşünür tarafından benimsendi. Hatta kütleçekim esaslarını bulan Isaac Newton da, yıldızların güneş benzeri sistemlerin merkezi olabileceğini, dolayısıyla onların etrafında da gezegenler bulunabileceğini öne sürenler arasında yer aldı.

Ne var ki o zamanın teleskopları uzak yıldızları detaylı bir şekilde incelemekten çok uzaktı ve gökyüzü gözlemlerinde çok hassas ölçümler yapabilmek mümkün değildi; ama teknik imkansızlıklar hep böyle sürmedi. 19. yy. ortalarına doğru gerek teleskop, gerekse radyo astronomi alanındaki gelişmeler çok daha uzak yıldızları çeşitli açılardan inceleyip değerlendirmemize, hassas ölçümlerle onların o değişmeyen görüntüsünde bir takım anormallikler ya da dengesizlikler olabileceğini hissedebilmemize imkan vermeye başladı.

1855 yılında Capt. W. S. Jacob 16.6 ışık yılı uzaklıktaki 70 Ophiuchi çifte yıldız sistemini izleyerek yıldızların yörüngesel durumunda orada başka bir cisim varmışçasına görünen bir anormallik olduğunu raporladı. 1890 yılında bu bilgiye Chicago Üniversitesi’nden Thomas J. J. See’nin gözlemi eklendi. See’ye göre yıldızlardan birinin yörüngesinde var olması muhtemel bir cisim sebebiyle yıldızın konumunda 36 yılda bir anormallik oluşuyordu. Bu fikir onu benimseyen astronomlara büyük heyecan verse de Forest Ray Moulton’un iddia edildiği şekildeki bir üçlü sistemin kararlı olamayacağını ispatlayan makalesiyle gözlemcilerin uzak bir gezegene yönelik umutları tarihin mezarına gömüldü.

1950’li yıllarda ise Swarthmore Kolejinden Peter van de Kamp, Ophiuchus takım yıldızında yer alan ve Dünya’mıza 6 ışık yılı mesafesiyle en yakın üçüncü yıldız konumunda olan Bernard’ın Yıldızı’nı gözlemleyerek çevresinde bir gezegen olabileceğine yorulabilecek –ve bugün hatalı olduğu kanıtlanan- bulgulara ulaştı. Bir süre sonra Hollandalı bilim adamının keşfettiği anormalliklerin teleskopun lensi çıkarılıp, temizlenip tekrar takıldığında oluştuğu ve hatta bu durumun sadece Bernard’ın yıldızında değil, lens her çıkarılıp temizlendiğinde diğer yıldızlarda da gerçekleştiği ortaya çıktı. Buna rağmen Kamp, 1980 yılına kadar iddiasından vazgeçmedi ama asla doğrulayamadı.

En son 1991’de PSR 1829-10 atarcası (pulsar) çevresinde bir atarca gezegen keşfedildiği iddia edilse de, bir süre sonra bu ekip kendi gözlemlerini çürüterek iddialarından vazgeçti.

Ve nihayet: Yalnız değiliz…

1991’de Lyne ve ekibi yukarıda bahsettiğimiz atarca gezegeninin varlığını doğrulamaya çalışırken aslında çok daha sağlam bir bulguya ulaşılalı 3 yıl olmuş ancak henüz doğrulanamamıştı. 1988 yılında Kanadalı astronomlar Campbell, Walker ve Yang, Cepheus takım yıldızında bulunan ve bize uzaklığı 45 ışık yılı olan Gamma Cephei yıldızı çevresinde var olan bir gezegene dair gözlemlerini yayınladılar. 1990’da bu keşfi destekleyecek yeni bulgular ortaya çıksa da zamanın gözlem teknolojisinin henüz kanıtları sunacak kadar gelişmemiş olması bu keşif hakkındaki kuşkuların sürmesine yol açacak, hatta gezegenin varlığı 2003 yılına dek doğrulanamayacak, araya başka bir çok gezegenin keşifleri girecekti.

Gözlemlenen ilk gezegen 1988’te gözlenen bu gezegen olsa da varlığı ilk doğrulanan gezegen 1992’de Aleksander Wolszczan and Dale Frail tarafından PSR 1257+12 atarcası çevresinde keşfedilen bir atarca gezegenidir.

Bir atarca gezegenin keşfi elbette bizim güneşimiz gibi bir anakol yıldızı çevresinde dönen bir gezegenin keşfiyle aynı tadı vermez, çünkü Dünya bir anakol yıldızı olan güneşin etrafında dönmektedir. Eğer içimizde bir yerlerde Dünya’mız gibi gezegenler olduğu ve bir gün o gezegenden bu gezegene cirit atacağımızı ya da gidip yeni bir yuva sahibi olacağımızı düşünüyorsak bir atarca gezegeni keşfetmeyle bitmemiştir bu iş. Uzaklardan bize gülümseyen, bizim yıldızımız gibi bir yıldız etrafında da gezegenler olduğunu gözlemleyebilmeliydik!

İşte bu gözlem haberi üç yıl sonra, yüksek çözünürlüklü spektroskopi teknolojisinin yardımıyla, 1995’te Cenevre Üniversitesi’nden geldi. Michel Mayor ile Didier Queloz, Dünya’mıza 50.9 ışık yılı uzaklıkta bulunan, güneşimizle aynı tipteki bir yıldız olan 51 Pegasi yıldızı çevresinde bir gezegenin varlığına parmak bastılar.

Bu keşiften sonra yöntemlerin gelişmesi ve çeşitlenmesi ile güneşötesi gezegenlerin yenileri bir çorap söküğü gibi geldi. Üniversiteler yeni gezegen keşfetmede birbirleriyle yarışır hale geldiler ve 20 yılda daha bir çok gezegenin keşfine imza atıldı. O kadar ki, bu yazının yazıldığı tarihte (24.06.2012) toplamda 778 güneş sistemi dışı gezegen keşfedilmiş ve kataloglarda yer almıştı.

Keşif yöntemleri

İnsanın varolmasından başlayarak, günümüzden50-60 yıl öncesine değin büyük ölçüde çıplak gözün esiri olan astronomi, fotoğraflama, görüntüleme ve en nihayetinde hassas ölçüm aletleri ve bilgisayarlar yardımıyla büyük bir sıçrama gerçekleştirdi. Başta spektroskopi teknolojisi olmak üzere, gözlem, ölçüm ve görüntü işleme teknolojilerindeki ilerleme, evrenin sırlarını ve evrendeki diğer coğrafyaları keşfetmemize büyük katkıda bulundu.

Güneş sistemi dışındaki gezegenlerin keşfi, bir ya da bir kaç yöntemin birlikte kullanılması ile gerçekleştirilir. Artık oldukça da kolaylaşmıştır. Bu yöntemlerin tamamının temelindeki teorik bilgiye on yıllardır sahip olduğumuzu da tekrar hatırlatmak isterim: 1992 yılına değin güneş sistemi dışında gezegen keşfedilmemiş olması bilgilerimizin yetersizliğinden değil, gözlemlerimizin imkansızlıklarındandır.

Gezegenlerin büyük çoğunluğu, kendi varlıklarının yansıttığı ya da yaydığı ışınların gözlemlenmesi ile değil, yarattıkları dinamik etkilerin ölçülmelerine dayanan yöntemlerle keşfedilmiştir. Dolaylı yöntemlerden bahsetmeden önce, bazı gezegenlerin güçlü teleskoplarla elektromanyetik spektrumun çeşitli bantlarındaki ışıklarının analiziyle doğrudan gözlenebileceğini, fakat ancak otuz kadar gezegenin doğrudan gözlemle görülebildiğini de ilave etmek gerekir. (Beta Pictoris sistemindeki bir gezegenin doğrudan gözlemine imkan veren fotoğrafı için tıklayınız).

Ancak büyük bir çoğunluğu, gezegenin yıldızı üzerinde ya da yıldıza ait ışık üzerinde yarattığı kinematik ya da optik etkiler sayesinde keşfedilmiştir. Bu etkileri kullanarak ortaya çıkarılan keşif yöntemleri aşağıdaki gibidir:

Açısal Hız ve Doppler Yöntemi: Hızla giden bir ambulansın bize yaklaşırken siren sesinin tizleşmesi ve bizden uzaklaşırken de pesleşmesi Doppler tarafından formülize edilmiştir ve bu yüzden “Doppler Etkisi” olarak anılır. Genelleştirilmiş bir tanım yapacak olursak, dalgalar onu yaratan kaynağın hızından etkilendikleri için, kaynak bize yaklaşırken dalga boyu kısalır (ışık için maviye kayma, ses için tizleşme), uzaklaşırken ise uzar (ışık için kırmızıya kayma, ses için pesleşme).

Şu halde bir yıldızı gözlemleyerek onun bizden uzaklaşma ya da bize yaklaşma hızındaki değişikliklerini, onun ışığının maviye ya da kırmızıya kayma oranlarından anlayabiliriz… İşte bu prensip, gözlenen bir yıldızın çevresindeki gezegenin yıldıza olan kütle çekimi etkilerini anlamamıza yardımcı olur. İyi bir spektrografla bir yıldızın açısal hızındaki 1m/s’lik değişim bile kolaylıkla tespit edilebilir.

Yüksek çözünürlüklü teleskoplar ve alınan görüntüyü işleyen spektrograflar sayesinde bu yöntem gezegenlerin keşfinde etkin olarak kullanılmıştır. 716 gezegen bu yolla keşfedilmiştir.

Geçişlerin Tespiti: Bir yıldızın çevresinde dönen gezegenlerin belli bir periyotta döndüğünü ve bu dönüşleri aynı sürede tamamlayarak “yıl” kavramını oluşturduklarını yüzyıllardır biliyoruz. Bu adet, bittabi güneş sistemi dışındaki gezegenler ve onların kendi gezegenleri için de geçerlidir.

Gözlemlediğimiz bir yıldızın çevresinde dönen gezegen her geçişinde bir tür “minik” tutulma yaratarak onun parlaklığında bir miktar azalmaya sebep olacaktır. İşte bu azalmanın periyodu ve miktarı anlaşıldığında artık elimizde bir adet gezegen gözlemi vardır. 205 adet gezegen bu yolla keşfedilmiştir. Yıldızın çevresinde birden fazla gezegen dönüyorsa eğer, yöntem biraz daha değişir ve adı “Geçiş Zamanlaması Değişim Ölçümü” adını alır.

Bu yöntem aynı zamanda bize gezegen hakkında bilgi sağlar; zira gözlenen yıldızın bu gezegenin atmosferinden geçerek gelen ışığı da spektroskopi yöntemiyle incelenebilir ve gezegenin atmosferi hakkında hatırı sayılır bilgiler elde edilir.

Geçiş Zamanlaması Değişim Ölçümü: “Geçişlerin Tespiti” yönteminde anlatılanlar, yıldızı çevresinde tek başına dönen yalnız bir gezegen için uygun olsa da gezegenler birbirlerini de etkilediklerinden gezegen sayısı arttıkça durum farklı bir hal alır. İşte bir yıldızın çevresinde birkaç gezegen var ise, bunu da anlamamıza yarayan başka bir yöntem daha vardır.

Bu yöntem, alttaki videoda gösterildiği gibi, tek başına bir gezegenin sabit periyodu olmasına karşın, birden fazla gezegenin birbirlerine olan etkileri sebebiyle belli bir hesaplama ile erişilebilecek çoklu etki sonucu oluşan bir periyodu verir bizlere.

Örneğin tek başına bir gezegen 136 gün 12 saat 14 dakika 25 saniyede bir dönüş gerçekleştirirken, başka gezegenlerin varlığı sebebiyle bu durum her dönüşte dakikalar veya saniyeler mertebesinde bir fark yaratabilir. NASA’nın hazırladığı aşağıdaki video, söylenmek isteneni iyi bir şekilde açıklayacaktır.

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=zxDXT8qIqQ0&w=480&h=360]

Video: NASA, Tek ve çift gezegenli yıldızların geçiş zamanlamalarının ölçülmesi

Kütleçekimsel Mikromercekleme: Einstein fotonların da kütleçekiminden etkilendiğini iddia etmiş, bu iddiası bir süre sonra bir güneş tutulması sırasında ispatlanmıştı. Bugün pek çok gözlemle zaten kanıtlanan bu olayın varlığından şüphe etmiyoruz.

Gözlemlediğimiz yıldızlar da arka planda yer alan diğer yıldızların ışığında sapma meydana getirerek bir mikromercekleme durumu yaratırlar. İşte bu mikromercekleme durumu da bölgeden geçiyor olan bir gezegen tarafından küçük değişikliklere uğrar. Bölgenin sürekli izlenmesi halinde tespit edilen bu küçük değişimlerin ölçümü, bize orada yer alan gezegen hakkında fikir verir. Diğer yöntemlere göre daha az kullanılan bu yöntem sadece 16 adet gezegenin varlığını anlamada kullanılmıştır.

Atarca Zamanlaması: Atarcalar, döndükleri sırada periyodik olarak radyo dalgaları yayarlar. Tıpkı bir deniz feneri gibi. Bir atarca çevresinde yer alan bir gezegense, bu periyodik yayınlamada küçük zamanlama sapmalarına sebep olurlar ve bize orada var olan bir gezegeni keşfetmek için yeteri kadar bilgi verirler. 15 adet gezegen bu yolla keşfedilmiştir.

Yıldız Halkaları Ölçümü: Satürn benzeri gezegenlerde olduğu gibi, yıldızlar da yaşamlarının farklı evrelerinde çevrelerinde gaz, toz, göktaşları gibi atıklardan oluşan bir halka bulundurabilirler. Bu halkalar yıldızın ışığını emerek yaydıkları kızılötesi ışınlardan tanınır ve tespit edilirler. Bazı gezegenlerin varlıkları, bu kızılötesi ışınımlar gözlemlenerek anlaşılabilir. Bu yöntem bir gezegenin varlığını tespit etmede birincil bir yöntem olmasa da varlığının doğrulanmasına bir araç olarak kullanılabilir.

Astrometri: Astrometri yöntemi bir yıldızın konumunun kesin olarak ölçülmesine ve bu yıldızın çevresinde bir gezegen var ise bu gezegenin dönüşü sırasında kütleçekiminden dolayı yıldızın konumunu bir miktar değiştireceği ilkesine dayanan bir yöntemdir. Bu yöntem gezegenlerin keşfinde çok sağlıklı sonuçlar vermez; zira hayalkırıklığı yaratan ilk keşifler de astrometrik gözlemlere dayanıyordu, ancak astrometri varlığı kesin olarak tespit edilmiş gezegenlerin kinematik özelliklerinin anlaşılmasında ve varlıklarının doğrulanmasında önem kazanır.

Gezegenin Evreleri: Keskin bir tespit yöntemi olmamakla birlikte iki gezegenin keşfinde ana yöntem olmuştur. Gezegenler de yıldızlar çevresinde dönerlerken konumlarına göre tıpkı ayın evrelerinde olduğu gibi evrelere sahip olurlar. Bugünkü teleskoplarımız bu evreleri kesin olarak tespit edemeseler de yıldızlan alınan ışınlardaki değişimler ve oluşan kombinasyonlar gezegenler hakkında fikir verir.

Polarimetre: Olası bir tespit yöntemi olan polarimetre ile henüz hiç gezegen keşfedilmemiştir ama yeri gelmişken teorisinden bahsedelim: Yıldızlardan gelen ışıklar düzensiz ve polarize edilmemiştir, ancak bu ışıklar bir gezegenin atmosferinden geçerek geldikleri zaman atmosferdeki moleküller sebebiyle polarize olurlar. Polarimetre yoluyla gezegenlerin keşfedilebileceği düşünülmektedir.

Fikri bir devrim!

Uzay canlılar için hiç de uygun bir boşluk değildir. Boşluğun bulunmadığı yerde de büyük ölçüde, şiddetli patlamaların meydana geldiği yıldızlar bulunur. Gezegenler, korkunç büyüklükteki uzayda, canlıların sığınabileceği nadir, ender bulunur güvenli limanlardır. Görece evrenin çok ama çok küçük bir hacmini kaplamaktadırlar. Tüm uzayı düşündüğünüz zaman canlıların var olabileceği ve yaşayabileceği alanların oranı, bir anlam ifade etmeyecek kadar küçüktür.

Şimdilik üzerinde canlı varlıkların yaşadığını bildiğimiz tek gezegen Dünya gezegeni. Belki de bu yüzden insanlığın kainatı anlamaya başladığı ilk andan bu yana Dünya’nın kainatta özellikli bir konuma sahip olduğu,başka bir gezegen olmadığı ve canlıların da sadece burada var olabileceği düşünüldü. Dünya’nın ayrıcalıklı konumu olduğuna karşı düşüncelerin her çağda can aldığını ya da sahiplerine acılar çektirdiklerini biliyoruz. Galileo ve Bruno bunun en bilinen örnekleri. Felsefe’nin altın çağında, Antik Yunan’da dahi bu görüşlerinden dolayı acı çeken filozoflar biliyoruz. Fakat bu inanç, önce kendi sistemimizdeki gezegenlerin varlığının anlaşılmasıyla, daha sonra da diğer yıldızlardaki gezegen sistemlerinin keşfiyle ciddi sarsıntıya uğradı. 1992 yılından bu yana 778 adet gezegen keşfedildi! Hatta Kepler 22b’nin keşfiyle, Dünya’ya ölçü ve özellik bakımından benzer gezegenlerin varlığı da keşfedildi ki, bu keşif başka gezegenlerin hayat barındırabileceği ihtimalini destekleyen önemli bir bulgu.

Keşfedilmiş ve daha keşfedilmemiş pek çok gezegenin muhtemelen bir kısmı Dünya’ya çok benziyor. Hatta bir kısmı Dünya’dan çok daha güzel manzaralara, dağlara, taşlara, yaylalara bile sahip olabilir. Artık bilimkurgu filmlerinde hayal edildiği ve arzulandığı gibi, bir ikili yıldız sistemine dahil olan, günde iki kez günbatımı manzarası veren gezegenler bile bulunduğunu biliyoruz. Biliyoruz ki, güneş de anakol yıldızlarından herhangi bir tanesidir ve daha onun gibi nice yıldız ve o yıldızlar çevresinde nice gezegenler var. Güneş sistemimizde olduğu gibi pek çok gezegen, evrende kendi yıldızlarının çevresinde milyarlaca yıldır dönüp durmaktadır.

Bu, ümit demektir. Bu hem evrendeki derin yalnızlığımızın geçerli olmadığı, hem de eğer ki yerküremiz bir felaketle karşılaşır ise, ve teknolojimiz de buna müsait olursa, başka gezegenlere göç etme deneyimini yaşayabileceğimiz anlamına gelmektedir.

Aslına bakarsanız bu adım, insan medeniyetinin en önemli adımlarından birisidir ve fikirlerde gerçekleşmiş bir devrimdir. Geçmişte insanın coğrafi keşifler gerçekleştirmesi ve en büyük atılımlarını da bu keşiflerden sonra yapmış olduğu gibi; biz de sıradaki büyük adımları bu keşifleri takiben atacak olabiliriz. Hele ki bir gün, evren denen sonsuzlukta bizden başka canlıların olduğunu öğrenirsek, ve hatta bir gün bu gezegenlerden birinde doğal olmayacak kadar anormal, gelişmiş bir uygarlığa ait bir mesaj keşfedersek, bu burnu büyüklüğümüzün ve kibrimizin de sonu olacaktır.

Yazımıza son verirken, daha önce Açık Bilim ekibi olarak hazırladığımız, bu konuda yazılmış en güzel metinlerden birini, Carl Sagan’ın “Soluk Mavi Nokta”sını da paylaşmak isteriz.

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=cqJQMPryBcY&w=480&h=360]

(Dış gezegenlerle ilgili başlatmış olduğumuz bu yazı dizisinin sıradaki bölümünde, bugüne dek yapılmış kaydadeğer gezegenlerden bahsedecek, bu gezegenlerin en küçüğünden en büyüğüne, özellik ve ebat olarak nasıl sıralandıklarını belirteceğim. Önümüzdeki sayıda görüşmek üzere.)

Açık Bilim, Temmuz 2012http://www.acikbilim.com/2012/07/dosyalar/uzak-gezegenler-1-ordaaa-bir-gezegen-var-uzakta.html

Kaynaklar ve Notlar:

(1) http://archive.stsci.edu/prepds/kepler_hlsp/
(2) Wikipedia ilgili makaleler
(3) The Extrasolar Planets Encyclopedia, http://exoplanet.eu/
(4) NASA, Kepler Programı – http://kepler.nasa.gov/