Kayalık Dış Gezegeni Çevreleyen Olası Atmosfer
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanan araştırmacılar, Dünya’dan 41 ışıkyılı uzaklıkta, sıcak kayalık bir ötegezegen olan 55 Cancri e’yi çevreleyen atmosferik gazlar tespit etmiş olabilir. Bu, güneş sistemimiz dışında herhangi bir kayalık gezegen atmosferinin varlığına dair bugüne kadarki en iyi kanıttır.
NASA’nın Pasadena, Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’ndan (JPL) Renyu Hu, bugün Nature’da yayınlanan bir makalenin baş yazarıdır. Hu, “Webb, ötegezegen karakterizasyonunun sınırlarını kayalık gezegenlere doğru zorluyor” dedi. “Gerçekten yeni bir bilim türüne olanak sağlıyor.”
Süper Sıcak Süper Dünya 55 Cancri E
Janssen olarak da bilinen 55 Cancri e (aşağıdaki resim, ayrıntılar/indirme), Yengeç takımyıldızında, Güneş benzeri yıldız 55 Cancri’nin yörüngesinde dönen bilinen beş gezegenden biridir. Çapı Dünya’nın neredeyse iki katı ve yoğunluğu biraz daha fazla olan gezegen, süper Dünya olarak sınıflandırılıyor: Dünya’dan daha büyük, Neptün’den daha küçük ve bileşim olarak muhtemelen güneş sistemimizdeki kayalık gezegenlere benzer.
Ancak 55 Cancri e’yi “kayalık” olarak tanımlamak yanlış bir izlenim bırakabilir. Gezegen, yıldızına o kadar yakın bir yörüngede dönüyor ki (yaklaşık 2,4 milyon mil veya Merkür ile Güneş arasındaki mesafenin yirmi beşte biri), yüzeyi muhtemelen erimiş, yani köpüren bir magma okyanusu. Bu kadar dar bir yörüngeye sahip olan gezegenin, gündüz tarafı her zaman yıldıza dönük, gece tarafı ise sürekli karanlıkta olacak şekilde gelgit açısından kilitlenmesi de muhtemeldir.
2011 yılında geçiş yaptığının keşfedilmesinden bu yana yapılan çok sayıda gözleme rağmen, 55 Cancri e’nin bir atmosferi olup olmadığı, hatta yüksek sıcaklığı ve yıldızından gelen sürekli yıldız radyasyonu ve rüzgar saldırısı göz önüne alındığında böyle bir atmosfere sahip olup olamayacağı sorusu ortaya çıktı. Cevapsız kaldı.
New Mexico Üniversitesi’nde ötegezegen araştırmacısı ve çalışmanın ortak yazarı Diana Dragomir, “Bu gezegen üzerinde on yıldan fazla bir süredir çalışıyorum” dedi ve şöyle devam etti: “Yaptığımız gözlemlerin hiçbirinin yapılmaması gerçekten sinir bozucuydu. Bu gizemleri sağlam bir şekilde çözdük. Sonunda bazı cevaplar alabildiğimiz için çok heyecanlıyım!”
Tespit edilmesi nispeten kolay olan gaz devi gezegenlerin atmosferlerinden farklı olarak (ilki, NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu tarafından yirmi yılı aşkın bir süre önce tespit edildi), kayalık gezegenleri çevreleyen daha ince ve daha yoğun atmosferler, bulunması zor kaldı.
NASA’nın artık kullanımdan kaldırılan Spitzer Uzay Teleskobu’ndan elde edilen verileri kullanan 55 Cancri e ile ilgili daha önceki çalışmalar, oksijen, nitrojen ve karbondioksit gibi uçucu maddeler (Dünya’da gaz formunda meydana gelen moleküller) açısından zengin bir atmosferin varlığını öne sürüyordu. Ancak araştırmacılar başka bir olasılığı da göz ardı edemedi: Gezegenin, silikon, demir, alüminyum ve kalsiyum gibi elementler açısından zengin, buharlaşmış kayalardan oluşan ince bir örtü dışında çıplak olduğu. Hu, “Gezegen o kadar sıcak ki erimiş kayaların bir kısmının buharlaşması gerekiyor” diye açıkladı.
Kızılötesi Renklerdeki İnce Değişimlerin Ölçülmesi
Ekip, iki olasılığı birbirinden ayırmak için Webb’in NIRCam’ini (Yakın Kızılötesi Kamera) ve MIRI’yi (Orta Kızılötesi Enstrüman) kullanarak gezegenden gelen 4 ila 12 mikron arasındaki kızılötesi ışığı ölçtü.
Webb, 55 Cancri e’nin doğrudan görüntüsünü yakalayamasa da, gezegen yıldızın yörüngesinde dönerken sistemden gelen ışıkta meydana gelen hafif değişiklikleri ölçebiliyor.
İkincil tutulma sırasındaki parlaklığı (aşağıdaki resim, ayrıntılar/indirme), gezegen yıldızın arkasındayken (yalnızca yıldız ışığı), gezegen yıldızın hemen yanındayken (yıldız ve gezegenden gelen ışık birleşik) parlaklıktan çıkararak, Ekip, gezegenin gündüz tarafından gelen çeşitli dalga boylarındaki kızılötesi ışığın miktarını hesaplamayı başardı.
İkincil tutulma spektroskopisi olarak bilinen bu yöntem, diğer araştırma ekipleri tarafından TRAPPIST-1 b gibi diğer kayalık dış gezegenlerdeki atmosferleri aramak için kullanılan yönteme benzer.
Beklenenden Daha Soğuk
55 Cancri e’nin önemli bir atmosfere sahip olabileceğinin ilk göstergesi, termal emisyonuna (aşağıdaki resim, ayrıntılar/indirme) veya kızılötesi ışık biçiminde verilen ısı enerjisine dayalı sıcaklık ölçümlerinden geldi. Gezegen, ince bir buharlaşmış kaya örtüsüne sahip koyu renkli erimiş kayayla kaplıysa veya hiç atmosfer yoksa, gündüz tarafı yaklaşık 4.000 Fahrenheit (~2.200 santigrat derece) olmalıdır.
Hu, “Bunun yerine, MIRI verileri yaklaşık 2.800 Fahrenheit (~1540 santigrat derece) civarında nispeten düşük bir sıcaklık gösterdi” dedi. “Bu, enerjinin gündüz tarafından gece tarafına, büyük olasılıkla uçucu madde bakımından zengin bir atmosfer tarafından dağıtıldığının çok güçlü bir göstergesidir.” Lav akıntıları bir miktar ısıyı gece tarafına taşısa da, soğutma etkisini açıklayacak kadar verimli bir şekilde hareket ettiremez.
Ekip NIRCam verilerine baktığında uçucu madde bakımından zengin bir atmosferle tutarlı desenler gördü. Yine NASA JPL’den ortak yazar Aaron Bello-Arufe, “Spektrumda 4 ila 5 mikron arasında bir düşüşün kanıtını görüyoruz; bu ışığın daha azı teleskopa ulaşıyor” dedi. “Bu, ışığın bu dalga boylarını emen, karbon monoksit veya karbondioksit içeren bir atmosferin varlığını akla getiriyor.” Atmosferi olmayan veya yalnızca buharlaşmış kayalardan oluşan bir atmosfere sahip bir gezegen, bu spesifik spektral özelliğe sahip olmayacaktır.
Leiden Gözlemevi ve Hollanda Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nden (SRON) ortak yazar Yamila Miguel, “Son on yılı farklı senaryoları modelleyerek, bu dünyanın nasıl görünebileceğini hayal etmeye çalışarak geçirdik” dedi. “Sonunda çalışmalarımızın onayını almak paha biçilemez!”
Köpüren Magma Okyanusu
Ekip, 55 Cancri e’yi kaplayan gazların, gezegen oluştuğundan beri mevcut olmak yerine, iç kısımdan köpürerek dışarı çıktığını düşünüyor. Bello-Arufe, “Yıldızdan gelen yüksek sıcaklık ve yoğun radyasyon nedeniyle birincil atmosfer çoktan yok olmuş olacak” dedi. “Bu, magma okyanusu tarafından sürekli olarak yenilenen ikincil bir atmosfer olabilir. Magma sadece kristaller ve sıvı kayalardan ibaret değildir; içinde çok fazla çözünmüş gaz da vardır.”
55 Cancri e yaşanabilir olamayacak kadar sıcak olsa da araştırmacılar bunun atmosferler, yüzeyler ve kayalık gezegenlerin iç kısımları arasındaki etkileşimleri incelemek için benzersiz bir pencere sağlayabileceğini ve belki de Dünya, Venüs ve Mars’ın erken dönem koşullarına dair bilgiler sağlayabileceğini düşünüyor. çok geçmişte magma okyanuslarıyla kaplı olduğu düşünülüyor. Hu, “Sonuçta, kayalık bir gezegenin gaz açısından zengin bir atmosfere sahip olmasını hangi koşulların mümkün kıldığını anlamak istiyoruz: yaşanabilir bir gezegen için önemli bir bileşen” dedi.
Bu araştırma, Webb’in Genel Gözlemciler (GO) Programı 1952’nin bir parçası olarak gerçekleştirildi. 55 Cancri e’nin ek ikincil tutulma gözlemlerinin analizi şu anda devam ediyor.
Bu yazı sciencedaily sitesinde yayınlanmıştır.
