Arecibo radyo teleskobunun hikâyesi

Arecibo Gözlemevi çökmeden önce (NAIC - NSF - https://www.naic.edu/ao/content/arecibo-observatory-2)

Haberlerde 1 Aralık 2020’de Arecibo radyo teleskobunun çöktüğünü duyuyoruz. Çöken nedir? Nasıl bir şeydi bu teleskop? Hangi keşiflere aracı oldu?

Arecibo radyo teleskobu Porto Riko’nun Arecibo bölgesinde bulunan 305 metre çapında bir çanak antendi [1]. Tıpkı etrafımızda gördüğümüz çanak antenler gibi radyo dalgalarını yakalamaya yarardı, ama radyo veya televizyon yayınlarını değil, gezegenlerin, yıldızların, çok uzaklardaki radyo galaksi ve kuazarların doğal olarak üretip uzaya saldıkları radyo dalgalarını alıp toplayan bir aynaydı. Bildik çanak antenler gibi Arecibo radyo teleskobunun da eğimli bir yüzeyi vardı, tasarımı 265 metre yarıçaplı bir küre yüzeyinin bir parçası biçimindeydi. Neden? Çünkü parabolik veya küresel yüzeyli aynalar gelen elektromanyetik dalgaları bir odak bölgesine toplar . Oraya konulan alıcılarla tüm çanağın topladığı sinyaller birleştirilir.

Gökcisimleri radyo dalgaları gibi mikrodalgalar, kızılötesi, bildiğimiz ışık, morötesi, X-ışınları, gama ışınları da üretirler. Bunlar aynı temel özelliklere sahip, hepsi ışık hızıyla giden, ama dalga boyları farklı olan elektromanyetik dalgalardır. Her tür elektromanyetik dalgayı yakalayıp odağa toplamak için çeşitli ayna tasarımları kullanılır. Bildiğimiz ışığı toplayan optik teleskopların çoğunda da yüzeyi parabolik veya küresel şekilde eğimli çukur aynalar kullanılır.

Bir teleskobun en yüksek ayrıştırma, yani uzak cisimlerin ayrıntılı görüntülerini elde etme gücü dalga boyunun ayna çapına oranı kadardır. Görünür ışığın dalga boyu 0,3 – 0,6 mikron (metrenin milyonda biri) aralığındadır.  En büyük yeni teknoloji teleskop aynalarının boyu 10 metre kadar olur.  Radyo dalgalarının dalga boyları santimetre veya metre ölçeğinde olduğuna göre iyi radyo teleskopların yüzlerce metre hatta binlerce kilometre çapında olması gerekir. Binlerce kilometrelik en büyük radyo teleskopların tabii ki tek bir çanak antenden oluşması mümkün değil. Tek çanak yerine dünyanın uzak köşelerine dağılmış birçok çanağın aldığı verileri birleştirerek, dünya ölçeğinde çapı olan interferometre denen sistemler inşa ediliyor (Örneğin- Olay Ufku Teleskobu [2,3]).

Tek bir radyo çanağın da yapabileceği çok ilginç gözlemler var. Tek bir çanak aynayı ne kadar büyük yapabilirsiniz? Buradaki mühendislik tasarım problemi, radyo dalgaları için ayna malzemesi olan metallerden oluşan bir yapının kendi ağırlığı altında desteklenmesi. Yapı sağlam olacak ve esnemeyecek; yani yüzey biçiminin bükülmemesi, aynanın odaklama özelliğini kaybetmemesi lazım. Mimar ve mühendisler bu sorunu Porto Riko’nun Arecibo bölgesinde tepeler arasında biçimi uygun doğal bir yuvarlak çukur bulup metal ayna çanağını az ağırlıklı bir destekle o doğal çukura yerleştirerek çözmüşler.

15 Haziran 1962 – Çanağı taşıyan üçgen yerleştiriliyor. (NAIC – Arecibo gözlemevi, NSF)

Çanağın yukarısında odak bölgesinde algılayıcıları taşıyan platform ise metal halatlarla asılmış.

21 Şubat 1963 – Odak bölgesinde algılayıcıları taşıyan platform metal halatlarla sabitleniyor.(NAIC – Arecibo gözlemevi, NSF)

Arecibo radyo teleskobu açıldığı 1963’ten ta 2016’ya kadar dünyanın en büyük tek çanaklı radyo teleskobu olarak kaldı. 2016’da yine aynı basit ilke kullanılarak Çin’de bir doğal çukura oturtulan FAST teleskobu 500 metre çapıyla Arecibo’nun en büyük teleskop çapı rekorunu kırmıştı.

Geçtiğimiz haftalarda Arecibo odak platformunun taşıyıcı kablolarından ikisi kopup çanağa düşerek metal aynayı tahrip etmiş bunun üzerine teleskobun artık onarılamayacağı, Arecibo Gözlemevi’nin kapandığı duyurulmuştu. Ardından 1 Aralık günü kırılan çanağın büsbütün çöktüğü haberi geldi. Bu haber astronomlar ve bilim meraklılarını üzdü, çünkü Arecibo 57 yıllık çalışma süresinde pek çok önemli keşifle, evren bilgimize heyecan verici yeni ufuklar açmıştı. İlerde de nostaljik bir bilim müzesi olacağını ümit ediyoruz.

Arecibo: Kocaman radyo gözümüzle neler gördük?

Arecibo’nun sayfasından 1963’ten beri Arecibo teleskobu ile yapılan en önemli buluşların listesine göz atalım [4]. Zikredilen buluşlar arasında en çok pulsarlarla ilgili çığır açan gözlemler yer alıyor. Benim de çalışma alanım olan pulsarlar, hızla dönen ve kuvvetli mıknatıslara sahip olan nötron yıldızlardır. Nötron yıldızlarını sarkac.org’da anlatmıştım [5], pulsarları da bu Arecibo yazısının hemen ardından anlatacağım.

Pulsarlar deniz fenerlerine benziyorlar: bir pulsarın saldığı elektromanyetik dalga huzmesi pulsarın kendi etrafında her dönüşünde bir kez dünyayı taradığından atışlı, tekrarlayan bir radyo sinyali (ve bazı pulsarlarda aynı zamanda ışık, X ve gama ışını sinyali) veriyorlar. İki atış arasında geçen zaman pulsarın kendi etrafında bir kez dönüş süresi. Çoğu pulsar bir dönüşünü saniyeden kısa bir sürede tamamlıyor ve en hızlı dönen pulsarla, aynı zamanda bildiğimiz ve olabilecek en hızlı dönen gök cisimleri; bunlar saniyede 100’lerce kez, en hızlısı saniyede 716 kez dönüyor.

1968’de 91 metre çaplı Green Bank radyo teleskobu ile keşfedilen önemli pulsarlardan Yengeç pulsarının kendi etrafında saniyede 33 kez döndüğü yine 1968’de Arecibo teleskobu ile ölçüldü. Uzun yıllar en hızlı dönen pulsar tahtında oturan Yengeç pulsarı bu konumunu 1982’de kaybetti.

Yine Arecibo gözlemleri ile kendi etrafında 1,6 milisaniyede bir dönen (yani saniyede 642 kez dönen!) bir pulsar (PSR 1937+21) keşfedildi. PSR 1937+21’nin keşfinden hemen sonra, bir ay içinde, yıldızın bu korkunç hızlara nasıl eriştiğini açıklayan iki ekipten birinde yer almış olmak benim çalışma hayatımın da en heyecanlı noktalarından biridir. Sonradan gözlemlerle doğrulanan açıklamamıza göre milisaniyelik pulsarlar 100 milyonlarca yıl boyunca bir eşyıldızla yörüngede birlikte yaşamış ve eşyıldızdan kütle aktarımıyla hızlandırılmış olmalıydılar. PSR 1937+21 artık yalnız, ama (milisaniyelik olan veya olmayan)  birçok pulsar böyle bir eşyıldızla yörüngede dolanıyorlar.

İlk eşli pulsar PSR 1913+16 da 1974’te Arecibo gözlemleri ile bulundu. Bu keşfi yapan ve daha sonra pulsarın sinyalleri üzerinden eşyıldız etrafındaki yörüngesini belirleyen Russell A. Hulse ve  Joseph H. Taylor, yörüngenin tam da Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi’nin öngördüğü biçimde uzaya kütle çekimi dalgaları yayarak evrildiğini göstererek 1993 Nobel Fizik Ödülü’nü kazandılar.

1992’de de Arecibo gözlemleri ile milisaniyelik pulsarlardan PSR 1257-12 etrafında bir gezegen bulundu. Böylece şimdilerde Güneş gibi “sıradan” yıldızlar etrafında çok sayıda örneği bilinen ötegezegenler, yani tıpkı bizim Güneş sistemindeki gibi bir yıldızın etrafında yörüngede dolanan gezegenlerin ilk örneği bir milisaniyelik pulsar etrafında keşfedildi.

Arecibo buluşları son yıllarda da sürüyordu. 2013’te Arecibo ikili değil de üçlü bir sistemin parçası olan bir pulsarı izlemeye başladı. 2015’te bir sürü milisaniyelik pulsarın hepsini birden izleyerek arka planda karadelik birleşmelerinden gelebilecek kütleçekimi dalgalarını aramaya başladı.

2016’da ilk kez astrofiziğin son yıllardaki gizemli konusu FRB (Fast Radio Bursts – Ani Radyo Parlaması)  kaynaklarından birinin tekrar parladığı  gözlendi. Ve 2017’de Arecibo son derece acayip iki pulsar buldu. Bunlar arada bir gözden kayboluyor uzun zaman bir etkinlik göstermiyor sonra birden yine çakmaya başlıyorlardı.

Arecibo Gözlemevi’nin radar verisinden elde edilen Venüs’ün kuzey yarımküresinin haritası (Ağustos 2015) (Smithsonian Institution/NASA GFSC/Arecibo Observatory/NAIC).

Arecibo sadece pulsarları gözlemedi. Evrenin uzaklarındaki kuazar ve radyo galaksilerden, Süreyya (Ülker) yıldız kümesindeki radyo dalgası yayan yıldızları kullanarak Süreyya’nın bizden uzaklığını bulmaya ve en yakınımızda, Güneş sistemindeki gezegenlerin bilinmeyen özelliklerini yakalamaya kadar  neler neler öğrenmemize olanak sağladı. Merkür’ün kuzey ve güney kutuplarında buz bulunduğunu ve kendi etrafında 88 günde değil 59 günde döndüğünü gözleyen de, optik teleskoplarla bakıldığında bulut örtüsü altında saklanan Venüs’ün ta yüzeyine kadar radarla ulaşıp haritasını çıkaran da Arecibo.

Sonuna kadar gözlem peşindeyken birden çöküverdi. Arecibo’nun gözlem projeleri başka radyo teleskoplarla sürdürülecek, kendisi de herhalde görkemli bir anıt bilim müzesi olarak yaşayacak bundan böyle.

Ali Alpar
Bilim Akademisi üyesi
Sabancı Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi öğretim üyesi

Kaynak/Okuma

[1] Arecibo, Vikipedi, http://vikipedi.com/tr/Arecibo_G%C3%B6zlemevi
[2] Emrah Kalemci, Olay Ufku Teleskobu- Anahtar bilgiler, sarkac.org, https://sarkac.org/2019/04/olay-ufku-teleskobu-anahtar-bilgiler/
[3] Emrah Kalemci, İmkansızı başarmak- Olay Ufku Teleskobu, sarkac.org, https://sarkac.org/2017/04/ilk-karadelik-gozlemi/
[4] Arecibo-Legacy discoveries, https://www.naic.edu/ao/legacy-discoveries
[5] Ali Alpar, Nötron yıldızı nedir?, sarkac.org,  https://sarkac.org/2018/06/notron-yildizi-nedir/


Creative Commons LisansıBu eser Creative Commons Atıf-GayriTicari 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır. İçerik kullanım koşulları için tıklayınız.


Önceki İçerikPsikolojide bilimsel yöntem ve açık bilim
Sonraki İçerikRahim ağzı kanseri ortadan kaldırılan ilk kanser olabilir mi?
Avatar photo

Bilim Akademisi’nin kurucu başkanı Ali Alpar,  ODTÜ Fizik Bölümü’nden 1972’de lisans derecesini aldıktan sonra doktorasını University of Cambridge’de 1977’de tamamladı.

Ali Alpar, sırasıyla Boğaziçi Üniversitesi, Columbia University, University of Illinois at Urbana-Champaign, TÜBİTAK Temel Bilimler Araştırma Enstitüsü, ODTÜ, Sabancı Üniversitesi’nde çalıştı.  Sabancı Üniversitesi Temel Geliştirme Direktörlüğü (2004-2010), TÜBA Konseyi (1993-1997) üyeliği ve TÜBİTAK Bilim Kurulu (1993-1997) üyeliği, TÜBİTAK Popüler Bilim Kitaplarını başlatan yayın kurulu üyeliği, Türk Astronomi Derneği Başkanlığı (1992-1994; 2006-2010), Bilim Akademisi Başkanlığı (2011-2021) yaptı. Sabancı Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi emekli öğretim üyesidir.

Araştırma alanı nötron yıldızları ve pulsarlardır.

Ali Alpar’ın websitesi