Roman Teleskobu, bugünkünden 1000 kat daha sönük ötegezegenleri doğrudan hedefliyor.

Teleskobun birincil aynası 2,4 metre çapında ve Hubble’ın aynasının bir kopyası. Üzerinde iki bilimsel araç var: Geniş Alan Aracı (Wide Field Instrument) ve Koronagraf Aracı (CGI).

Geniş Alan Aracı’nın algılayıcı alanı Hubble’ınkinden yaklaşık 100 kat büyük. Beş yılda gökyüzünde Hubble’ın 30 yılda taradığı alanın 50 katını görüntülemesi planlanıyor.

Yörüngedeki Euclid teleskobuyla birlikte Roman, evrene dağılmış karanlık maddenin izini sürmek için geniş gökyüzü alanlarını tarayacak.

Aynı araç, bugüne dek sıcak ve parlak devlerden daha zor yakalanan daha serin gezegenleri aramak için de kullanılacak. İki yöntem devreye girecek: transit yöntemiyle yıldızın önünden geçen gezegenlerin yıldız ışığında çok küçük bir sönmeyi arayacaklar ve böylece yaklaşık 100.000 yeni aday bekleniyor. Mikromercekleme yöntemiyle de yerçekiminin ışığı büyütmesinden yararlanarak fazladan yaklaşık 1.000 gezegen bulmayı umuyorlar.

Bu iki yöntem gezegenleri dolaylı olarak saptar; Roman’ın ikinci aracı bu tabloyu tamamlayacak.

Işıkta saklı dünyaları doğrudan görmek: CGI

Koronagraf Aracı, ev sahibi yıldızın ışığını özel maskelerle bastırıp çevresindeki çok sönük noktaları –gezegenleri– açığa çıkaracak. Yer tabanlı önceki koronagraflar, çoğunlukla yıldızlarından uzak ve sıcak devleri seçebildi. CGI ise yıldız ışığını yansıtan, Jüpiter benzeri daha serin ve daha küçük gezegenleri hedefliyor.

Roman’ın görmek istediği gezegenler, Dünya’dan bakıldığında ev sahibi yıldızlarından yaklaşık bir milyar kat daha sönük görünüyor. Bu, Jüpiter ile Güneş arasındaki parlaklık farkına yakın bir karşılık.

CGI, bugüne dek teknik olarak mümkün olan sınırdan yaklaşık 1000 kat daha sönük noktasal kaynakları görüntülemeye göre tasarlandı.

“Roman’daki CGI, uzayda araştırma için bugüne kadar kullanılan en gelişmiş optik gözlem aracı,” dedi Max Planck Astronomi Enstitüsü’nde kızılötesi astronomi araştırma grubunun başındaki Oliver Krause. “Gelecekte ikinci bir Dünya’yı bulup inceleyebilmek için bu tür bir koronagraftan yararlanacağız; CGI bu yolda teknolojik bir dönüm noktası.” — Oliver Krause, MPIA

Ancak Dünya benzeri kayalık gezegenleri doğrudan görmek için daha yüksek çözünürlüklü, en az 6 metre aynalı bir teleskopa –taslak tasarımları böyle olan Habitable Worlds Observatory gibi– ihtiyaç var.

Milimetrenin bindeğinin bindeği: hizalama ve PAM

Bu hedef için optik elemanların birbirine olağanüstü uyumlu çalışması gerekiyor. Heidelberg’deki Max Planck Astronomi Enstitüsü, bu amaçla Hassas Hizalama Mekanizmaları (Precision Alignment Mechanisms, PAM) adı verilen optomekanik bileşenleri geliştirdi.

Enstitü, koronagrafa kalıcı olarak entegre edilecek altı uçuş modeli ve yer testleri için altı mühendislik modeli üretti. Bu mekanizmalar, maskelerin, filtrelerin ve aynaların sekiz saatlik bir sürede en fazla 40 milisaniye yay (milliarcsecond) kadar oynamasını sağlıyor.

Bu açı, Heidelberg’den Los Angeles’taki bir insanı seçebilmeye eşdeğer bir hassasiyete karşılık geliyor.

“Uçuş modelinin parçaları önümdeyken, uzaya gidecek ve orayı keşfedecek bileşenleri tuttuğumu o an derinden hissettim,” diyen Monica Ebert, enstitüde alet optiğini kararlı tutan sistemin tasarım ve montajını yönetti. “Montaj en yüksek düzeyde dikkat istedi.” — Monica Ebert, MPIA

Ekip, uzun ömür testleri için bir kullanım ömrü modeli de üretti ve bu model 27.000’den fazla hareketi başarıyla tamamladı. Bu, bir uçuş modelinin maruz kalacağı yüke kıyasla yaklaşık iki katına denk geliyor.

Hubble’a yapılan servis uçuşlarının aksine, Roman fırlatıldıktan sonra erişilemeyecek; bu yüzden yerdeki testlerle hataları en aza indirmek yaşamsal önem taşıyor.

Uyarlanır optik uzaya taşınıyor

CGI’nin daha serin ve yıldıza daha yakın gezegenleri doğrudan görebilmesi için yıldızla gezegen arasındaki parlaklık farkını eşi görülmemiş ölçüde bastırmak gerekiyor. Bunu başarmak için mühendisler uyarlanır optiğe (adaptive optics) başvurdu.

Genelde yer teleskoplarında kullanılan bu teknik, örneğin yapım aşamasındaki Extremely Large Telescope’ta bir aynanın şeklini saniyede bin kez değiştirip yıldızların titreşimini gidermeyi hedefliyor.

Uzayda hava yok ama teleskobun içindeki optik yol yine de mikroskobik bozulmalara uğrayabiliyor. Roman’daki küçük, şekli anlık olarak değişebilen bir ayna bu bozulmaları gerçek zamanlı bastıracak. Bu işlem büyük hesaplama gücü istiyor ve bir uydunun üzerinde bu kaynak sınırlı; bu engeli aşmak mühendislik açısından başlı başına bir hedef oldu.

Takvim: açılış, ilk veriler ve uzun görevler

Fırlatmadan kısa süre sonra ABD, Japonya ve Avrupa’dan üyelerin yer aldığı bir komite –NASA’nın Community Participation Program ekibi– teleskobu kademeli olarak devreye alacak. Ekip, araç L2’ye doğru yol alırken yere inen verileri sürekli inceleyip sistemi adım adım açacak.

Toplam açılış süreci 90 gün sürecek. Bu süre, Roman’ın L2’ye ulaşmasına da yaklaşık eşit.

İlk bilimsel görüntüler 2027 başında bekleniyor. Bununla birlikte bazı gözlem programları yıllar alacak; örneğin Samanyolu düzleminin taranmasıyla yeni gezegenler ve kara delik adayları aranacak.

Max Planck Astronomi Enstitüsü, görev başladıktan sonra hem teknik hem de bilimsel veriler için çözümleme yazılımlarının geliştirilmesine katkı verecek ve gözlemsel planlamaya destek olacak.