Radyo Astronominin Altın Çağı

1930'larda gelişmeye başlayan radyo astronomi, bugün astronominin en önemli gözlem yöntemlerinden birini oluşturuyor. Gökcisimleri neredeyse elektromanyetik tayfın her bölgesinde ışınım yayınlar. 

Bazı gökcisimleri bazı dalgaboylarında diğerlerinden daha fazla ışınım yayınlayabilir. Gökcisimlerini daha iyi anlayabilmek için mümkün olan her dalgaboyunda gözlemek ve çoklu dalgaboyunda alınan verileri bütüncül bir yaklaşımla analiz etmek gerekir. 

Genel bir kural olarak, daha soğuk cisimler daha uzun dalgaboylarında (kırmızıöte, uzak kırmızıöte, radyo) ışınım yayınlar. Özellikle, yıldız ve gezegen oluşum bölgeleri, yıldızlararası nötral hidrojen bulutları, evrenin derinliklerindeki galaksiler ve evrenin ilk zamanlarından kaldığı bilinen "kozmik mikrodalga ardalan ışınımı" radyo astronominin odağındaki konulardır. 

Radyo Astronominin Önemli Keşifleri 

1965 yılında Arno Penzias ve Robert Wilson, Bell laboratuvarlarında radyo iletişim kalitesini artırmaya yönelik çalışmalar yürütürken, gökyüzünün her bölgesinden gelen, son derece homojen bir ışınım tespit ettiler. Bu ışınım, evrenin çok yoğun ve çok sıcak olduğu ilk zamanların bir kalıntısıydı. Ayrıca, evrenin derinliklerinden bize ulaşan ilk (ve en eski) fotonlar da bu ışınıma ait. Kısaca CMB olarak adlandırılan bu ışınım bugün kabul ettiğimiz "Standart Evren Modeli"nin en önemli gözlemsel bulgularından biri. 

1967'de bir doktora öğrencisi olan Jocely Bell pulsarları keşfetti. Düzenli radyo atımları yayınlayan bu cisimler, kendi eksenleri etrafında çok hızlı dönen nötron yıldızlarıdır. Bu keşif 1974 yılında Nobel ile ödüllendirildi ancak keşfi yapan Jocelyn Bell yerine ödül doktora danışmanı olan Antony Hewish'e verildi. 

Optik astronominin aksine, radyo astronomide birden fazla radyo teleskop bir arada çalışabilir ve güçleri birleştirilebilir. Bu teleskopların aynı coğrafyada olmalarına bile gerek yok; farklı ülkelerde, farklı kıtalarda bulunabilirler. 

Bu özellik sayesinde, 2019'da Dünya'daki birçok radyo teleskop birlikte kullanılarak başka bir galaksinin merkezindeki karadelik doğrudan görüntülenebildi. Bu tür gözlemler olanaklı olsa da, son derece uğraşı gerektiren, yüksek düzeyde veri analizi içeren çalışmalardır. 

Birlikte çalışan radyo teleskoplar arasındaki mesafe ne kadar fazlaysa, sistemin toplam ayırma gücü de o kadar fazla olur. Bu sayede, optik astronomide çözümlenmesi imkansız olan birçok gökcismi radyo astronomide incelenebilir. Başka yıldızların çevresindeki gezegenler veya bu gezegenlerin oluştuğu gaz ve toz diski radyo astronomi gözlemlerinde tespit edilebilir. 

SKA Projesi ve Büyük Veri 

Dünya üzerindeki birçok radyo teleskop tekil çanaklardan oluşuyor. Bu teleskoplar uzaktan dev bir uydu anteni gibi görülebilir. Prensipte radyo teleskop ile uydu anteni çok benzerdir ancak gelen radyo sinyalini algılayacak bilimsel alıcılar ve elektronik aksamı birbirinden farklıdır. 

Tekil çanak antenler dışında, New Mexico'da (ABD) Very Large Array (VLA) veya Atacama Çölünde (Şili) kısa adı ALMA olan radyo teleskop dizgeleri de bulunmaktadır. Bu dizgelerde, onlarca radyo teleskop bulunmaktadır ve değişik düzenlerde bir arada kullanılabilmektedir. VLA'da 27 adet 25 m'lik radyo teleskop, ALMA'da ise çapları 7-12 m arasında değişen 66 radyo teleskop bulunuyor. 

Şimdiye kadar tasarlanmış en büyük radyo teleskop dizgesi olan Square-Kilometer Array (SKA) projesinde ise 15 m çapında 197 radyo teleskop ile 130 bin kadar anten içermesi öngörülüyor. SKA bünyesindeki bu radyo teleskoplar ilk aşamada Avustralya ve Güney Afrika'ya kurulacak, sonrasında Afrika kıtasındaki diğer ülkelere de yayılması planlanıyor. Projedeki radyo teleskopların toplam çanak alanının kilometrekare mertebesinde olması nedeniyle proje "kilometrekare dizgesi" olarak anılıyor. 

SKA Projesinin temelleri 2000 yılında atıldı. Uluslararası Astronomi Birliğinin Manchester'daki toplantısında 11 ülkenin katılımıyla SKA iş birliği anlaşması imzalandı. Çeşitli ek anlaşmalar ve protokollerle gelişen proje, 2011 yılında SKAO adı verilen kar amacı gütmeyen bir kuruluşa dönüştü. 

Mayıs 2018'te SKA Gözlemevi Anlaşması, Avustralya, Çin, İtalya, Hollanda, Portekiz, Güney Afrika ve Birleşik Krallık'ın imzalamasıyla yürürlüğe girdi. Aralık 2020'de, Avustralya, Güney Afrika ve Birleşik Krallık, kendi meclislerinde bu anlaşmanın onaylanmasını sağladı. Bu gelişme üzerine SKA Gözlemevi Konseyi resmen toplanabildi ve bu toplantı bundan sonra SKAO olarak anılacak kuruluşu resmileştirdi. 

Bugünkü statüsüyle SKAO, 15 ülkenin katıldığı, tıpkı Avrupa Uzay Ajansı (ESA), Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN), Avrupa Güney Gözlemevi (ESO) gibi bir kuruluştur. 

SKA Gözlemevi bünyesinde kurulacak radyo teleskoplar, düşük ve orta frekans aralıklarında farklı dizgeler oluşturacaklar. Ancak ortalama olarak gözlemevi, her saniye yüzlerce terabayt veri üretecek. Bu her saniye 35000 DVD'ye eşdeğer bir veri büyüklüğü. Bu hızla üretilecek veri yılda 4.9 zetabayt olacak. 

SKA Gözlemevi tam kapasiteyle çalışmaya başladığında en büyük veri üreten astronomik merkezlerden biri olacak. Elbette, bu boyutta verinin elde edilmesi, depolanması ve analizi oldukça karmaşık bilgisayar sistemleri ve yazılımlar gerektiriyor. 

SKA Gözlemevinin ilk aşamasının tamamlanıp, gözlemlere başlamasının 2028 yılında olması bekleniyor. 500'den fazla bilim insanının çalıştığı projenin 2021-2030 yılları arasında kurulum bütçesi yaklaşık 2 milyar Euro. SKA Gözlemevi, her ne kadar evrenin gizemlerinin anlaşılması yolunda önemli bir adım olsa da, içerdiği teknikler, büyük veri ve yüksek başarımlı hesaplama teknikleri ile birçok farklı disipline olumlu etkileri olacak bir proje. 

Takım Uydular Radyo Astronomi İçin Bir Tehdit mi? 

Avrupa Güney Gözlemevi'nin (ESO) ALMA radyo teleskop dizgesi 2011'de kısmen, 2013'de de tam kapasiteyle gözlemlere başlamıştı. ALMA projesi Avrupa Birliği ile 7 ayrı ülkenin ortaklaşa yürüttükleri bir proje ve kurulumu 1.4 milyar Euro'ya maloldu. 

ALMA'dan sonra kurulumu hızlanan SKAO ile birlikte radyo astronomi altın çağını yaşıyor. ALMA, milimetre altı dalgaboylarında gözlem yaparken, SKAO cm'den m'ye uzanan dalgaboyu aralıklarında gözlem yapacak. 

Tüm bu gelişmeler olurken, radyo astronomiyi ilgilendiren önemli bir gelişme internet hizmeti sağlamak üzere tasarlanmış binlerce takım uydunun Dünya yörüngesine yerleştirilmesi oldu. 

SpaceX'in Starlink projesinin başını çektiği bu takım uyduların sayısının önümüzdeki birkaç yıl içinde 100 bine ulaşması bekleniyor. Bu uydular Dünya ile radyo dalgaları ile haberleşiyor. Onbinlerce uydunun yapacağı radyo iletişimi, Dünya'dan yapılacak radyo astronomik gözlemleri olumsuz etkileyecek. 

Takım uyduların esas amaçlarının geniş bant internet hizmeti olduğu ve ALMA ve SKAO'nun yerleşim yerlerinden çok uzak, izole bölgelerde olduğu düşünülürse, uyduların bu gözlemevleri üzerinden geçerken sinyal göndermemesi bir çözüm olabilir gibi görünüyor. Çünkü bu bölgelerde internet hizmetinden yararlanacak insanlar olmayacak. 

Ancak bu tek başına yeterli değil, çünkü radyo teleskoplar çok hassaslar ve doğrudan gelmeyen sinyalleri de alabilecek güçteler. Uluslararası astronomi camiası yoğun bir şekilde bu konuyu tartışıyor ve uydu operatörleri ile görüşmeler yapıyor. Dünyadaki en büyük bilim projelerinin internet uğruna zarar görmemesi çok önemli. 

Umarız her geçen gün sayıları artan takım uyduların operatörleri ile bilim kamuoyu makul bir çözümde uzlaşabilirler. Konu, teknik ve hukuki yönleriyle kapsamlı olarak tartışılıyor. 12-16 Temmuz 2021 tarihlerinde Amerikan Astronomi Derneği (AAS) tarafından düzenlenen SatCon2 çalıştayının sonuç bildirisi AAS'nin YouTube kanalından 16 Temmuz 2021 akşamı yayınlandı. İlgilenenler bu yayını izleyebilirler. 

Her ne olursa olsun, 53 milyon ışıkyılı uzaklıktaki bir galaksinin merkezindeki karadeliği görüntülemeyi başaran radyo astronominin altın çağını yaşadığı kesin.