Astronomlar son birkaç on yılda binlerce dış gezegen keşfetmiş olsalar da, nihai hedef olan Güneş benzeri bir yıldızın yaşanabilir bölgede dönen, Dünya kütlesine sahip, kayalık bir gezegenin bulunması hala elden. Bunun kısmen nedeni, kozmik coğrafyanın karmaşıklığı: Yakındaki tüm Güneş benzeri yıldızların yaklaşık yarısı yalnız değil. Bir veya daha fazla yıldıza sahip olup, bu da yörüngelerini ve barındırabilecekleri herhangi bir gezegenin yörüngesini karmaşıklaştırır. Ancak yeni bir NASA Small Explorer misyonu olan “Searching for Habitable Exoplanets with Relative Astrometry” (SHERA), bu karmaşık dinamikleri kullanarak çoklu yıldız sistemlerindeki Dünya büyüklüğünde gezegenleri bulmaya yardımcı olmayı amaçlıyor.
Şu anda astronomlar dış gezegenleri bulmak için üç ana yöntem kullanıyor ve SHERA’nın bu yöntemlere nasıl uyduğunu göstermek önemlidir. Kepler ve Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) gibi görevler, bir gezegenin önünden geçerken yıldızın ışığında meydana gelen hafif dalgalanmaları gözlemeyen “geçiş” tekniğini kullanır. Bu teknik büyük başarılar elde etse de, önemli ölçüde şansa bağlıdır çünkü gezegenin yörüngesinin Dünya ile hizalanması gerekir ki bu teknik en etkili olsun.
İkinci bir yöntem, birçok yer tabanlı spektrograf tarafından kullanılan “radyal hız” (RV) ölçümleridir. Bu, yıldızın etrafında dönen bir gezegenin neden olduğu “salınımları” ölçer. Ancak Dünya benzeri bir gezegenin, Güneş benzeri bir yıldızı 1 astronomik birim (AU) uzaklıkta döndürdüğünde, yıldızın yalnızca 9 cm/s hareketine neden olur ve mevcut enstrümanlarımızın sınırı yüzeydeki yıldız aktivitesi nedeniyle yaklaşık 50 cm/s’dir. Bu nedenle bu teknik, Dünya analoğu bulmak için uygun değildir.
Kalan tek seçenek astrometridir. Bu teknik, diğer yıldızların arka planı karşısında bir yıldızın kesin konumunu ölçer. Ancak burada da astronomlar hassasiyet sorunlarıyla karşılaşmıştır. 33 ışık yılı uzaklıktaki Güneş benzeri bir yıldızı çevreleyen bir ikiz gezegenin neden olacağı “salınımlar”, yaklaşık 0,3 mikroarcsecond (uas) hareketine karşılık gelir. Şu anda en güçlü astrometri görevimiz olan GAIA’nın hassasiyeti yaklaşık 100 uas olup, bu da bulunması gereken türdeki bir gezegeni bulmak için gerekenin birkaç katıdır.
SHERA, GAIA’dan ilham alsa da farklı bir yaklaşım benimser. Yıldızın zayıf arka plan yıldızları karşısında haritalanması yerine, SHERA parlak ve birbirine yakın ikili yıldız çiftlerine odaklanır. İkili sistemler yerçekimiyle bağlı olduğundan, arka plandaki referans noktaları olarak hareket ederler. Bunların arasındaki mesafenin kesin olarak ölçülmesi, arka plan yıldızlarından kaynaklanan herhangi bir hatayı ortadan kaldırır ve aynı zamanda başka türlü verileri bozabilecek büyük ölçekli optik bozulmaları da ortadan kaldırır.
Ancak Güneş benzeri bir yıldızın etrafında bir gezegen varsa (ve belirtmek gerekir ki, her ikisi de Güneş benzeri olabilir), bu gezegen, iki binarnın göreceli ayrımı içinde periyodik bir kaymaya neden olur. İşte SHERA’nın tasarlanmış olduğu şeydir. Ancak bunu yapmak, yarı iletken üretimiyle eşdeğer olan çok karmaşık teknolojik sihir gerektirir.
Gerekli alt-mikroarcsecond hassasiyetine ulaşmak için, SHERA “difraktif öğrenci” olarak bilinen bir şey kullanır. Bu, bir elektron ışınlı baskı işlemi (bilgisayar çiplerinin üretimi için kullanılan yöntem) kullanılarak ayna üzerine karmaşık bir faz kalıbının basılmasıyla oluşturulur. Bu karmaşık kalıp üç ana amaca hizmet eder.
İlk olarak, yıldızlardaki optik bozulmaların ve bunların zaman içindeki termal genleşmenin nasıl değiştiğinin ölçülmesine yardımcı olan bir “optik cetvel” görevi görür. Ayrıca yıldız ışığını birden fazla piksele yayar, ancak bilinen bir kalıpta, böylece enstrümanın kendisindeki mikroskobik kusurları ortadan kaldırır. Ve son olarak, bir gezegenin beklenen sinyalini taklit edebilecek yıldız aktivitesini engeller ve yıldıza ait spektrumdaki değişiklikleri ve güneş lekeleri nedeniyle oluşabilecek emilim çizgilerini izleyerek düzeltir.
SHERA ekibi, Dünya’dan 17 parsek içinde bulunan 7 yakın ikili sistemin bir listesini oluşturmuştur. Bu süreçte, üç ana bilimsel hedefi gerçekleştirmeyi amaçlamaktadır: İlk olarak, en yakın hedeflerdeki Güneş kütlesine sahip gezegenleri bulmak. İkinci olarak, yakın mesafelerde gezegen oluşumunun ikili yıldız sistemlerinde olup olmadığını test etmek – bazı mesafelerde bunun mümkün olmadığını zaten biliyoruz. Üçüncüsü, yer tabanlı radyal hız verilerine ek bağlam sağlamak ve astrometrik verilerini yer tabanlı RV ölçümleriyle birleştirmek.
Yazarların hesaplamalarına göre, görev beklenen oranlara göre hedef yıldızlar arasında yaklaşık dört küçük, yaşanabilir bölgede bulunan gezegen bulacaktır. Ancak bundan daha azı bile önemli olacaktır – örneklemdeki tek-yıldızlı yaşanabilir bölge gezegenlerinin oluşum oranlarının ikili yıldızlar etrafında önemli ölçüde daha düşük olduğunu göstermek için iki gezegenden daha az bulunması yeterli olacaktır.
Ancak SHERA’nın en önemli yönlerinden biri, bir başka misyonu kolaylaştırmasıdır: Habitable Worlds Observatory (HWO). SHERA’nın hedef listesindeki on dört yıldızın on üçü, HWO için 1. kademe hedeflerdir. Bu büyük ve pahalı gözlem, gezegenin varlığını kanıtlamaya çalışarak önemli zaman harcayabilir. SHERA, “NASA Small Explorer” (SMEX) olarak sınıflandırılan nispeten ucuz bir misyon olan ve başlangıçta Alpha Centauri’yi hedeflemek üzere tasarlanmış 16U CubeSat’ın gelişmiş bir versiyonu olması nedeniyle, bu yıldızlar etrafındaki gezegenlerin karakterizasyonunda harcanacak süreyi %40’a kadar azaltabilir – bu, çok pahalı bir gözlem için önemli bir zaman tasarrufu sağlayacaktır.
Açık olmak gerekirse, SHERA’nın resmi bir misyon olarak kabul edilme planları şu anda mevcut değildir. HWO’nun lansmanı gelecek on yılda veya daha gerçekçi bir şekilde 2040’ların başlarında planlanmıştır, bu nedenle bu kullanım senaryosunun artık geçerli olmayacağı zamana kadar hala bir süre vardır. Nispeten küçük fiyat etiketi göz önüne alındığında, misyonun özel olarak finanse edilme olasılığı da vardır, ancak şimdilik en azından bu özel gezegen avcısının gökyüzüne çıkıp çıkmayacağını görmek belirsizdir.
J.L. Christiansen et al – Searching for Habitable Exoplanets with Relative Astrometry (SHERA). I. The Case for Searching for Planets in Binary Star Systems
Andy, ortaokulda Pale Blue Dot’ı okuduğundan beri uzay keşfine ilgi duymaktadır. Bir mühendis olarak, Mars’taki perkloratları ortadan kaldırmanın yollarını bulmak veya daha net veriler elde etmek için ultra pürüzsüz aynalar üretmek gibi, uzay keşfinin pratik zorluklarına odaklanmayı tercih eder. Yazmadığı ve mühendislik yapmadığı zamanlarda, dört çocuğunu, altı kedisini ve iki köpeğini eğlendirmeye çalışır, formda kalmak için koşar ve insanlara plastik diskler fırlatır.
