Ben Uzaylıyı Kokusundan Tanırım >> Astronomlar yabancı uygarlıkları gezegenlerdeki metan gazına bakarak arayacak
Bilim adamları Güneş Sistemi’nin dışındaki ötedünyalarda uzaylı uygarlıklar aramak amacıyla yeni bir araştırma yöntemi geliştirdi. Yeni modelde yabancı dünyaların atmosferinde metan gazı olup olmadığına bakılıyor. Evren’in en basit organik molekülü olan metan, gezegenlerde potansiyel hayat göstergesi olarak kabul ediliyor.
Dünya atmosferindeki metan gazının yüzde 90’ını canlı organizmalar üretiyor. Isınmak için kullandığımız doğal gazın da ana bileşeni olan metan özellikle bataklıklarda çürüyen bitkiler tarafından açığa çıkarılıyor. Astrofizikçiler gezegenlerin atmosferinden geçen yıldız ışığı tayfındaki “soğurma çizgilerine” bakarak, inceledikleri atmosferin metan içerip içermediğini tespit ediyor.
Önceki metan tespit yöntemleri yetersizdi ve bu da keşfedilen gezegenlerin atmosferindeki metan oranının ölçülmesini zorlaştırıyordu. Ancak yeni model, kütlesi yetersiz olduğu için çekirdeğinde füzyon reaksiyonu başlatarak yıldız olmayı başaramayan “kahverengi cücelerin” süper sıcak atmosferinde test edildi. Artık metanı 1220 derece sıcaklığa kadar ölçmek mümkün ve bu da metan içeren gezegenler bulma şansını artıyor.
Gaza geldik
Eskiden başka yıldızların çevresinde dönen gezegenlerin atmosferinin kimyasal yapısını yıldız ışığı tayfına bakarak araştırıyorduk. Yeni yöntemde ise deyim yerindeyse kokusuna bakarak araştırıyoruz. Üstelik bu pek hoş bir koku değil: Bildiğiniz bataklık ve çürük kokusu, yani doğal gazın ana bileşeni metan!
İşin esprisi bir yana, bilim adamları bir gezegenin atmosferinin kimyasal yapısını o atmosferin içinden geçen yıldız ışığına bakarak analiz ediyor. Yıldız ışığı atmosferden geçerken, atmosferdeki farklı gazlar, örneğin oksijen veya metan gazı güneş ışığını farklı dalga boylarında kesiyor.
Bu da teleskopla baktığımız zaman yıldız ışığı tayfında soğurma çizgilerine yol açıyor. Böylece o gezegenin atmosferinde ne tür gazlar olduğunu anlıyoruz. Yıldız ışığı tayf analizi (spektrum analizi) bize aynı zamanda atmosferdeki gazların oranını da veriyor. Örneğin Dünya atmosferi yüzde 78,09 oranında nitrojen ve yüzde 20,95 oranında oksijen içeriyor.
Sıcak metan
Yeni Güney Galler Üniversitesi araştırmacıları Dünya’dan sıcak olan gezegenlerde bile metan oranını ölçmeyi sağlayan özel bir “sıcak metan” analiz yöntemi geliştirdiler.1 Bu yöntem yıldız olmayı başaramamış büyük gaz devlerinin, yani kahverengi cücelerin binlerce derece sıcaklıktaki atmosferinde test edildi (teleskop gözlemlerinden elde edilen veriler bilgisayar simülasyonuyla analiz edildi).
Londra Üniversitesi Akademisi’nden (UCL) Profesör Jonathan Tennyson yeni modelin dünya dışı uygarlıkları aramaktaki önemini şöyle açıklıyor: “Mevcut metan modellerinde eksiklik var ve bu da gezegenlerdeki metan oranının gerçekte olduğundan çok daha düşük çıkmasına yol açıyor. Yeni modelimizin Güneş Sistemi’nin dışındaki gezegenler ve soğuk yıldızlara [Kahverengi Cüceler] yönelik araştırmaları derinden etkileyeceğini umuyoruz. Bu da bilim adamlarının dünya dışı yaşam izleri bulmasını sağlayabilir.”
Bilgisayar gücü meselesi
Fizik bilimi uzun zaman önce deney ve gözlem bilimi olmaktan çıktı. Şeytan ayrıntılarda gizlidir derler ya, kuantum fiziğinin sırları da en güçlü mikroskoplarımızla bile göremeyeceğimiz küçük boyutlarda gizleniyor. Bu yüzden bilimde gözlem ve deney kadar matematik modelleri ve bunlardan türetilen bilgisayar simülasyonları da büyük önem taşıyor.
Bugüne dek geliştirilen metan analiz yöntemlerinin eksik kalmasının nedeni de buydu. Dünyadaki süper bilgisayarların hızı daha kesin sonuçlar veren analiz yöntemlerinin geliştirilmesine izin vermiyordu. Ancak zamanla bilgisayarlar hızlandı ve astrofizikçilerin önündeki engel kalktı.
Simülasyon çağı
Nitekim bilim adamları başarıya ulaşmak için İngiltere’nin en gelişmiş süper bilgisayarlarını kullandılar. Cambridge Üniversitesi’ndeki Gelişmiş Bilgi-İşlem Teknolojisi Yoluyla Dağıtımlı Araştırma (DiRAC) projesinin bilgisayarlarından yararlanan araştırmacılar, ışıkta metan izlerini gösterme olasılığı olan yaklaşık 10 milyar tayf çizgisinin simülasyonunu yaptı ve böylece daha hassas bir metan ölçüm modeli geliştirildi.
İncelenen tayf çizgisi sayısı önceki araştırmalardan 2000 kat büyüktü ve bu, metanın yüksek sıcaklıklarda çok daha hassas bir şekilde ölçülmesine izin veriyordu. Nitekim araştırma makalesinin başyazarı Dr. Sergei Yurchenko (UCL Fizik ve Astronomi Fakültesi) duyduğu heyecanı gizlemiyor: “Bu kadar kapsamlı bir tayf oluşturmamızı modern süper bilgisayarların şaşırtıcı gücüne borçluyuz, çünkü modelleme için milyarlarca tayf çizgisi gerekiyordu.”
“Elimizdeki bilgi-işlem kapasitesini aşmamak için sıcaklık eşiğini 1200 derece olarak belirledik; yani modeli daha yüksek sıcaklıklarda kullanmak üzere yeni araştırmalar yapmamız gerekecek. Hesaplarımızı tamamlamak için 3 milyon CPU saati kullanmamız gerekti ve bunun için de DiRAC projesinin bilgi-işlem gücünden yararlandık.”
Neden bataklık gazı?
Bataklıklar Dünya’daki atmosferik metanın ana kaynağını oluşturuyor, çünkü metan üretimi oksijen fakiri ortamlarda gerçekleşiyor. Bataklık suyu gibi sıcak ve rutubetli ortamlarda yaşayan mikroplar civardaki oksijeni hızla tüketerek çürüyen bitkileri, yaprakları ayrıştırıyor.
Bataklıktaki mikroplar fermantasyon yoluyla asetatı ve H2-CO2 moleküllerini metan ve karbondioksite dönüştürüyor: H3C-COOH → CH4 + CO2 (metan bir karbon ve 4 hidrojen atomundan oluşuyor). Güneş Sistemi’nin en büyük uydularından Titan’ın da kalın bir metan atmosferi var.
Satürn’ün uydusu Titan metan gazının sıvılaşacağı kadar soğuk bir dünya. Buna rağmen bazı astrofizikçiler Titan gibi soğuk bir ortamda bile hayatın olabileceğini düşünüyor. Öte yandan sıcak gezegenlerde metan gazı keşfedilmesi, metanın bataklık gazı olarak da ortaya çıktığını düşündüğümüzde, bu gezegenlerde hayat olma ihtimalini güçlendiriyor. Bu nedenle uzaydaki metan araştırmalarının sonuçlarını heyecanla bekliyoruz.
1Sergei N. Yurchenko, Jonathan Tennyson, Jeremy Bailey, Morgan D. J. Hollis, and Giovanna Tinetti. Spectrum of hot methane in astronomical objects using a comprehensive computed line list. PNAS, June 2014 DOI: 10.1073/pnas.1324219111
