Backyard Worlds: Cool Neighbors

Misyonumuz

Bu projede Güneş'in yerel kozmik mahallesindeki kahverengi cüceleri tespit etmeyi umuyoruz. Bu cisimleri inceleyerek dev ötegezegen atmosferleri, yıldız oluşumu süreçleri, galakside öne çıkan bileşenleri ve öncül-yıldız materyallerinin bileşimlerinin galaksimizdeki yıldızların gelişimine etkisini daha iyi öğreneceğiz.

Birlikte kahverengi cüce olarak bilinen Güneş'in yakınında yeni soğuk komşularımızı keşfedebiliriz. Teleskop verilerini ve insan beyninin nispeten kolay yapabildiği şekil ayrıştırma kabiliyetlerini kullanarak diğer yıldızlar, gökadalar ve alıcı gürültüsü arasında gizlenen gerçek kahverengi cüceleri tespit edebiliriz.

Kahverengi cüceler, kütleleri yıldızlar ve Jüpiter gibi dev gezegenler arasında olan gökcisimleridir. Aşağıda bir kahverengi cücenin sanatsal gösterimini bulacaksınız. Onları Jüpiter'in aşırı büyük versiyonları olarak düşünebilirsiniz, ancak bir yıldızın yörüngesinde dolanmaktansa yıldızlararası uzayda yalnız başlarına yüzerler.

(Credit: NASA/JPL-Caltech)

Ne yazık ki, Y tipi cücelerin -- kahverengi cücelerin bilinen en soğuk sınıfının -- örneklerini bulabilmenin zorluğu bu araştırmaları çok yavaşlattı. Bu cisimler çok solukturlar, bu sebeple Güneş Sistemi'mize en yakın olanları aramak zorundayız; bize en parlak görünecekleri yerde.

Makine öğrenimi algoritmalarını kullanarak WISE veritabanında belli bir derece hareket gösteriyor gibi duran belli sayıda konum belirledik. Ancak bu algoritmalar alıcı gürültüsü ve kırınım çizgileri gibi artefaktlar tarafından şaşırtılabilir. Bu potansiyel kahverengi cüce adaylarını sınıflandırmanın en verimli yolu ise kısa zamanda devasa verileri analiz etme gücü olan vatandaş bilimini kullanmak.

Kahverengi cücelerle neden ilgilenmeliyiz?

Kahverengi cüceler, genelde "başarısız yıldızlar" olarak karakterize edilen, kütleleri gezegenlerinkiler ve yıldızlarınkiler arasında olan gökcisimleridir. Bu cisimlerin kütleleri Jüpiter'inki ve en düşük kütleli hidrojen-füzyonu yapan yıldızlar arasındadır, bu sebeple hem yıldızlar hem de ötegezegenler ile ortak özellikler taşırlar!

Yıldızlar, içlerindeki kütleçekimsel basıncın hidrojen füzyonunu başlatacak kadar güçlü olmasına yetecek kadar kütleye sahip olan gök cisimleridir - hidrojen füzyonu Güneş gibi yıldıların parlamasında, veya teknik terimlerle, görünür ışık saçmasına sebep olan tepkimedir. Işıkları, yıldızları uzayda bulmayı göreceli olarak kolay kılar. Öte yandan gezegenlerin herhangi bir füzyon sürdürebilecek kütleleri yoktur ve kendi ışıklarını saçmadıkları için bulunmaları zordur. Kahverengi cüceler gezegen ve yıldız arasındaki bu sınırdadırlar, hidrojen füzyonu için yeterli kütleleri yoktur ama oluşumlarından kalan ışımayı devam ettirebilecek kütleleri vardır (ve bu onları insan gözüne görünmez kılar). Ancak özel teleskoplarla tespit edebileceğimiz kızılötesi ışıklar yayarlar!

Kahverengi cücelerin atmosferleri dev ötegezegenlerinkine çok benzer, ama sisteme ev sahipliği yapan çok daha parlak bir yıldızın baskın ışıması olmadan detaylıca incelenebilirler. Bu kahverengi cüce atmosferleri Dünya'da da görebildiğimiz ve organik bileşiklerin gelişimi için çok önemli olan güçlü su ve metan izleri gösterir. Bazı kahverengi cüceler orijinal yıldız sistemlerinden fırlatılmış başıboş gezegenler bile olabilir! Bu cisimleri keşfetmek diğer yıldız sistemlerinin oluşumu hakkında ve evrendeki bileşenlerin miktarları hakkında değerli bilgiler sağlayabilir.

Kahverengi cüceler çok soluk olduğundan, bize Proxima Centauri'den (Güneş'imize bilinen en yakın yıldız) daha yakın ama henüz görülmemiş bir kahverengi cüce olabilir! Bu tarihi bir keşif olur, ve siz bunu tespit edecek ilk kişi olabilirsiniz!

Backyard Worlds: Cool Neighbors projesinde NASA'nın Geniş Alan Kızılötesi Araştırma Gezgini (WISE) teleskobu tarafından alınan kızılötesi görüntülerde kahverengi cüceler arıyoruz. WISE uydusu ve teleskobu 2009'da fırlatılmıştı ve hala evrendeki ötegezegenlerin, yıldızların ve gökadaların hakkında bilgi edinmemize yardımcı oluyor.

(Credit: NASA/JPL-Caltech)

WISE teleskobunun fırlatılmasını buradan izleyebilirsiniz!

Güneş'in Yeni Komşularını Keşfetmek

Kahverengi Cüceler Nadirdir!

Normal ("ana sekans") yıldızlar ve gökadalar ile, ve hatta görüntü artefaktları ile karşılaştırıldıklarında, kahverengi cüceler çok nadirdir. Örnek vermek gerekirse, WISE milyarlarca gökada ve normal yıldız keşfetmiş ancak muhtemelen sadece birkaç bin kahverengi cüce bulmuştur. Yeni bir kahverengi cüce keşfetmek için yaklaşık 100-500 subjeyi incelemeniz gerekebilir. Subjelerimizin yaklaşık %10 kadarı önceden keşfedilmiş hareketli cisimler içerir, bu da gerçek hareketlilerin neye benzediğini öğrenmenize yardımcı olur ve araştırma ekibimizin aldığı sınıflandırmaların doğruluğunu anlamasına yarar.

Gök Cisimlerini Öz Hareketi

Kahverengi cüceler soğuk ve solukturlar, bu yüzden sadece bize yakın olduklarında tespit edilebilirler. Samanyolu Gökadasının bütün üyeleri Güneş'e göre hareket ederler. Ancak bize yakın cisimleri uzaktakilerden daha hızlı hareket ediyormuş gibi algılarız. Bu etkiye şu an deneyebileceğiniz bir örnek verilebilir; parmağınızı gözünüzün 25 cm önüne koyun. Bir gözünüzü kapatın ve parmağınızı sola ya da sağa 15 cm kaydırın. Şimdi parmağınızı gözünüzden olabildiğince uzağa koyun ve aynı şekilde 15 santimetre kadar sola veya sağa hareket ettirin.

Gözünüze yakın olduğunda parmağınızın daha büyük bir açısal büyüklük gittiğini görebilmelisiniz. Kahverengi cücelerdeki durum da temelde aynıdır, sadece santimetreler değil de ışık yılları mertebelerinde gerçekleşir!

Barnard Yıldızı 6 ışık yılı uzaklığıyla Dünya'ya nispeten yakın bir kırmızı cüce yıldızdır. Bu sebeple öz hareketi nispeten yüksektir. Teleskopla Barnard Yıldızı şöyle görünür:

Yukarıdaki animasyonun sonunda geri sardığını unutmayın, Barnard Yıldızı gerçekte hiçbir noktada "geri sıçrama" yapmamaktadır, neredeyse düz bir çizgide ilerlemeye devam etmektedir.

Dünya'dan d uzaklıkta ve bizim gözlem doğrultumuza dik olarak v hızda hareket eden bir yıldız için açısal hız şu orantıya uyar:

Burada v bir hız biriminde (m/s veya km/s gibi), d yıldızla bizim aramızdaki uzaklık (ışık yılı gibi bir birimde) ve μ ise astronomları öz hareket olarak ifade ettiği gökyüzündeki görünür hareket hızıdır. Öz hareket birimi zamanda açısal değişimi ifade eder. Yakın yıldızlar için uygun bir öz hareket birimi yılda arksaniyedir; her arksaniye derecenin 1/3600'ü kadardır. Barnard Yıldızı, yılda 10.4 arksaniye ile bilinen yıldız veya kahverengi cüceler arasında en yüksek öz harekete sahiptir. Backyard Worlds: Cool Neighbors ile bu öz hareket hız rekorunu kıracak hızlı bir kahverengi cüce keşfetmek mümkün olabilir!

Paralaks

Yakın yıldızların görünür hareketi genelde öz hareket tarafından domine edilir, ancak "paralaks" denen başka bir hareket komponentleri de vardır. Paralaks, yakın bir yıldız veya kahverengi cücenin yıl boyunca Dünya'nın Güneş etrafındaki hareketinden kaynaklanan "salınımını" ölçer.

Kataloglar (Gaia gibi) genelde paralaksı miliarksaniye cinsinden verir. Miliarksaniye cinsinden paralaks ile parsek cinsinden Güneş Sistemi'nden uzaklığın arasındaki dönüşüm şu şekildedir:

parsek cinsinden uzaklık = 1000 / (miliarksaniye cinsinden paralaks)

Yüksek bir paralaks bir cismin daha yakın olduğu anlamına gelir, düşük paralaks ise cismin daha uzak olduğu anlamına gelir. 50 miliarksaniyelik bir Gaia paralaksı Güneş Sistemi'nden yaklaşık 20 parseklik (~65 ışık yılı) bir uzaklığa denk gelir, astronomik standartlarda çok yakın bir uzaklıktır. 5 miliarksaniyelik (bazen "mas" diye kısaltılır) paralaks 200 parseklik bir uzaklığa denk gelir. Genelde, Cool Neighbors için, Güneş Sistemi'nin ~100 parsek yakınlarındaki cücelerle en çok ilgileniyoruz.

Sıcaklık ve Renk

Eğer gece gökyüzüne baktıysanız, yıldızların farklı renkte olduğunu fark etmiş olabilirsiniz. Bir yıldızın rengi sıcaklığının göstergesidir. Mavi/beyaz bir yıldız nispeten sıcakken, soğuk bir yıldız (örneğin Barnard Yıldızı gibi bir kırmızı cüce) daha kızıl/turuncu görünür. Sıcaklığından dolayı bir cismin ışıması kara cisim ışınımı olarak bilinir.
Bu fenoment yıldızlarla sınırlı değildir. Tipik bir akkor lamba aynı şekilde davranır -- elektrik, içindeki filamanın 2300 Kelvin'e ısınmasına sebep olur ve görünür spektrumda ışık yaymaya başlar. (Referans için, Güneş'in yüzey sıcaklığı 5800 Kelvin'dir.) Cisimlerin ışın saçmak için binlerce derece sıcaklığa sahip olması gerekmez - insan vücudu da ışıma yapmak için yeterince sıcaktır! Ancak sizin (ve kahverengi cüceler gibi diğer soğuk cisimlerin) yaydığı ışık kızılötesidir ve insan görme spektrumunun dışında kalır.

Neyse ki WISE (ve devamı olan NEOWISE gibi) modern geniş-alan araştırmaları, kahverengi cücelern en güçlü ışıma yaptığı ~3-5 mikron dalgaboyu arasındaki ışığı tespit etmek için yeterince duyarlıdır. Bu sayede Cool Neighbors'ta analiz edeceğiniz veriler normal kamerayla alabileceğiniz görünür ışık görüntüleri değildir, normalde insanların göremeyeceği ışığı yakalarlar. Bu veri sontadan veri işleme ile görünür ışığa dönüştürülür ve kolayca analiz edilebilirler.

Daha Fazla Bilgi

Kahverengi cüce bilimi ve kahverengi cüceleri nasıl tespit ettiğimizle ilgili daha fazla bilgiye ulaşmak için SSS bölümünü ziyaret edin.

Büyük keşifler yapmanızı umuyoruz!

Teşekkürler

Bu çalışmayı Citizen Science Seed Funding Program, Grant 80NSSC21K1485 aracılığıyla finanslayan NASA'ya teşekkür ederiz.

Cool Neighbors ekibinin çalışması National Science Foundation ile işbirliği anlaşması dahilinde Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) tarafından yönetilen NOIRLab tarafından desteklenmiştir.

Backyard Worlds: Cool Neighbors, WiseView görüntü kesme aracını kullanır.