Toplam Alan Birimleri

Tek bir çekimle tüm gökadanın 3-boyutlu bir görüntüsü elde etmek

Bir sineği düşünün. Hiç bir tanesini yakalamayı denediniz mi? Hızlı olsanız iyi olur, çünkü çoğu böcek gibi, sinekler de çevrelerindeki 360°'lik alanda gerçekleşen hareketleri tespit edebilir. Buradaki gizem çok sayıda küçük ışık-alıcısından oluşan birleşik gözlerindedir (diğer adıyla ommatidia). Bunların hepsi bir arada çalışarak geniş bir birleştirilmiş görüntü oluştururlar. Karıncalardaki göz parçalarının sayısı birkaç taneden binlerceye, sinek ve arılarda birkaç bine, kelebek ve yusufçuklarda ise birkaç binden onbinlerce bileşene kadar çıkmaktadır. Bu parçacıkların sayısı arttıkça böceğin görüş alanı ve görüntü kalitesi artmaktadır.

Tamamen farklı bir amaçla ancak benzer bir ilkeden yola çıkarak bilim insanları toplam alan birimi (IFU) adı verilen bir aygıt geliştirdi. Bir IFU içinde görüş alanı birçok hücreye ya da parçaya bölünerek tüm görüntünün kapsamlı bir kuşbakışı görünüşü elde edilir. IFU'lar genellikle Yeryüzü'nü uzaktan algılama konusunda ve özel olarak hava tahminleri ile doğal afet ve iklim değişikliğini takip edebilmek için kullanılmaktadır.

Close-up of a fly, showing the composite eyes in detail
Bir sineğin yakından görünüşü, birçok parçadan oluşan gözlerini ayrıntılı olarak gösteriyor. Su damlaları mercek gibi davranarak yüzeyi açıkça seçilebilir hale getiriyor. Bu yüzeylerden her biri bir ommatidium parçasıdır. Bu birleşik göz yapıları böcekler gibi minik canlıların çok geniş bir görüş alanına (vücut yüzey alanına göre) sahip olmalarını sağlıyor. Görüntü: Alberto Ghizzi Panizza

IFU'lar gökbilimde bulutsuları, gökadaları veya kalabalık yıldız ya da gökada kümeleri gibi genişlemiş nesneleri tek bir görüntüde çalışabilmek için, toplam alan tayf ölçümü olarak bilinen bir yöntemle kullanılmaktadır. Bu yöntemde, alanda bulunan her bir hücre ya da pikselden alınan sinyal tayfçekere iletilerek her bir tekil piksel için ayrı bir tayf üretilir. Elde edilen tüm tayf bir veri-kübünde bir araya getirilir (bkz Şekil 1) ve burada alanın tüm 2D boyutlu görüntüsüne tayfçekerden alınan bilgiyle üçüncü boyut eklenir, tayftan gelen ışık farklı renk ya da dalgaboylarına ayrılmıştır (bkz Şekil 2). Gökbilimciler toplam alan tayfölçümünden alınan zengin içerikli bilgileri kullanarak, örneğin, uzak bir gökada içindeki gaz hareketleri, (bkz eso1437) ya da bir görüş alanı içindeki farklı gökadaların uzaklıkları gibi (bkz eso1507).

MUSE views the strange galaxy NGC 4650A
Şekil 1. MUSE garip gökada NGC 4650A'nın MUSE görüntüsü.
Görüntü: ESO/MUSE konsorsiyumu/R. Bacon/L. Calçada
MUSE colour-coded image of NGC 4650A
Şekil 2. MUSE renk-kodlu NGC 4650A görüntüsü.
Görüntü: ESO/MUSE konsorsiyumu/R. Bacon

Farklı tür IFU'lar görüş alanın bölmek için farklı teknikler kullanmaktadır. Gökbilimde kullanılan üç ana yöntem şunlardır:

  1. Bir mikromercekler dizgesi (böceklerin birleşik gözlerine oldukça benzer).
  2. Bir fiber demeti, tek başına ya da mikromercekler dizgesi ile birlikte kullanılabilmektedir (bkz Şekil 3).
  3. Bir görüntü dilimleyici (bkz Şekil 4).

Bir IFU için ilk fikir 1982 yılında G. Courtes tarafından öne sürülmüştür. Gökbilimdeki ilk uygulamalı kullanımı TIGER aygıtı ile olmuştur, ve ilk ışığını Hawaii'deki Mauna Kea'da bulunan 3.6-metrelik Kanada-Fransa-Hawaii Teleskopu (CFHT) 1987 yılında almıştır. TIGERS’ın IFU'su bir küçük mercek dizgesidir.

An illustration of how the IFUs function
Şekil 3. IFU'ların nasıl çalıştığını açıklayan bir çizim.
Görüntü: ESO
The Principle of Integral Field Spectroscopy (IFS)
Şekil 4. Toplam Alan Tayfölçümü'nün çalışma ilkesi (IFS)
Görüntü: ESO

ESO'da bu alanda çalışan ilk toplam alan tayfçekeri SINFONI idi ve ilk ışığını Çok Büyük Teleskop (VLT) ile 2004 yılında aldı. SINFONI çok daha yeni olan ve dev bir IFU'ya sahip olan MUSE ile aynı ilkeyi kullanan bir görüntü dilimleyici ile çalışmaktadır. Çoklu nesne tayfçekeri FLAMES de iki adet toplam alan birimine sahiptir, ancak yeni nesil kırmızı-ötesi tayfçeker KMOS'un 24 küçük IFU'su vardır ve her biri yerdeğiştirebilir kollar üzerinde kuruludur. VIMOS da yine oldukça geniş bir IFU'ya sahiptir ve mikromerceklerle fiber demetleri birleştirmektedir. Tüm bu aygıtlar farklı özellikler taşımaktadır — farklı dalgaboylarına duyarlıdırlar, farklı görüş alanları ve tayfsal çözünürlükleri vardır — bu da onların farklı türdeki nesleleri gözleyebilmelerini ve farklı gökbilimsel sorunları çözebilmelerini sağlıyor.

Toplam alan tayçekerleri giderek daha sofistike hale geliyorlar, daha büyük algılayıcılar sayesinde evrenin derinliklerini 3-boyutlu olarak daha keskin bir şekilde görüntüleyebiliyorlar. Böceklerin diliyle konuşursak karıncalardan yusufçuk olmaya doğru evrimleşiyorlar.

Öne Çıkan Bilimsel Haberler

  • Bakınız FLAMES bilimsel gelişmeleri.
  • Bakınız VIMOS bilimsel gelişmeleri.
  • Bakınız SINFONI bilimsel gelişmeleri.
  • Bakınız MUSE bilimsel gelişmeleri.
  • Bakınız KMOS bilimsel gelişmeleri.

Ek görüntüler