Bir ötegezegenin atmosferinin 'yeniden oluştuğu' keşfedildi

Arwen Rimmer

GJ 1132 b, bir zamanlar küçük bir gaz devi gezegendi. Zaman geçtikçe ana yıldızından gelen güçlü radyasyon, gezegenin devasa gaz örtüsünü kavurdu ve geride sadece kuraklaşmış bir kayalık çekirdek -gezegenimizin kütlesinin yaklaşık 1.6 katı bir süper dünya- bıraktı.

Şimdi, NASA’nın Pasadena’da bulunan Jet İtiş Laboratuvarı’nda (JPL) çalışan araştırmacılar tarafından öncülük edilen bir araştırma grubu, GJ 1132 b üzerinde Hubble Uzay Teleskobu’nca gerçekleştirilen gözlemlerini analiz etti ve fazlasıyla tuhaf bir şeye rastladı: Gezegen, yeni baştan bir atmosfer oluşturmuş gibi görünüyordu. Dahası, gazların bileşimi, volkanik bir kaynağa işaret ediyordu.

Kendi güneş sistemimiz hakkında bildiklerimizi temel alırsak, kayalık gezegenlerde görülen tam atmosferik değişimler nadir değildir. Dünya’daki atmosfer önce volkanik aktivite ve meteor çarpmaları, sonra da yaşamın ortaya çıkmasıyla iki defa sıfırdan yeniden inşa edildi. Mars ise ikinci ya da üçüncü atmosferini yarattı. Ancak bir ötegezegende ikinci kez oluşan bir atmosfer ilk defa kayıtlara geçti.

Bazı araştırmacılar, bu tespitin ekibin öne sürdüğünden daha belirsiz olduğunu düşünüyorlar. Fakat tespit kanıtlanırsa, gezegen oluşumu teorileri bağlamında daha geniş etkileri olabilir ve ötegezegen atmosferlerini incelemenin, aynı zamanda yüzeyin altında neler bulunduğuna ilişkin bir fikir verebileceğini de ortaya koyabilir.

TAZELENEN HAVA

GJ 1132 b, Vela Takımyıldızı’nda bulunur ve Dünya’dan yalnızca 40 ışık yılı uzaklıktaki bir kırmızı cücenin yörüngesinde dönüyor. 2015 yılında Harvard Üniversitesi liderliğindeki bir ekip tarafından yaptığı geçişleri gözlemlemek için bir grup küçük ve yer tabanlı teleskop kullanılarak, ev sahibi yıldızının önünden geçip hafifçe ışığını kararttığında keşfedildi.

Gökbilimciler, geçişler esnasında, ev sahibi yıldızından yayılan ışığın içinden geçerken atmosferin hangi dalga boylarını emdiğini gözlemleyerek bir ötegezegenin atmosferini de inceleyebilirler. 2017’de Avrupa’dan bir ekip bu yöntemi kullanarak, su bakımından zengin bir atmosfer bulduğunu açıkladı. Ancak bazı gezegen kaşiflerinin takip eden gözlemleri bu bulguları sorgulamayı gerektirdi; ekip, verilerinin hiçbir atmosferle uyumlu olmadığını savundu. Bir atmosferinin olmaması, ev sahibi yıldızına bu kadar yakın kayalık bir dünyanın ilkel atmosferini koruyamayacağını, hızla buharlaşarak uzaya kaçacağını öngören teoriyle de uyumlu.

Öte yandan Astronomical Journal dergisinde yayımlanmak üzere kabul edilen ve 10 Mart’ta arXiv adlı sitede ön baskı olarak yayınlanan yeni araştırma, GJ 1132 b’nin bir atmosfere sahip olduğu fikrine bir kez daha ağırlık kazandırdı. Araştırmacılar, Hubble’ın 2016 yılında topladığı verileri kullanarak hidrojen siyanür ve metan dahil olmak üzere çeşitli gazların varlığını tespit ettiler. Çalışmaya öncülük eden JPL’den Mark Swain, “Bu gezegen gerçekten göze çarpıyordu; çünkü küçük ve açık bir spektral imzaya sahipti” diyor.

Yine de bu durum teoriyi tamamen geçersiz kılmıyor. Ekip, gezegenin evrimini modelledi ve -sıcaklığı 227 santigrat dereceye ulaşan- GJ 1132 b’nin evriminin ilk 100 milyon yılında ilk hidrojen ve helyum karışımı atmosferini kaybettiği sonucuna vardı. Bu, tespit ettikleri şeyin, aslında gezegenin ikinci atmosferi olduğu anlamına geliyor. 

Çalışmanın ortak yazarı olan ve JPL’de görev yapan Raissa Estrela, “Büyük olasılıkla gezegen en başta her şeyini kaybetmişti” diyor: “Bununla birlikte, geçiş gözlemleri spektral özellikler sergiliyor ve bu durum kesinlikle bir atmosfere sahip olduğu anlamına geliyor.” 

Ve bu özellikler, gazların hidrojen bakımından zengin ve oksijen içeriğinin düşük olduğunu düşündürüyor; bu bulgu ise volkanik gaz çıkışıyla açıklanabileceklerini gösteriyor.

VOLKANİK KÖKENLER

Volkanik aktivite sonucu oluşan ikinci atmosferin tespit edilmesi, ötegezegen çalışmaları bağlamında bir ilk olacak.

GJ 1132 b’den önce, şimdiye kadar bulunan tüm ötegezegen atmosferlerinin aynı şekilde oluştuğu düşünülmekteydi: Yerel sistemin ilk oluşumu esnasında, öngezegenler*, ev sahibi yıldızlarının çevresindeki gaz diskinden malzeme toplayarak gelişir ve atmosferleri arta kalan gaz örtüsünden meydana gelirdi.

Swain ve meslektaşlarının yaptığı modellemeler, bu ilkel atmosferin GJ 1132 b’de varlığını sürdürme ihtimalini dışladığı için, hidrojenden oluşan atmosferi bir araya getiren yeni bir gezegenin bu hidrojeni erimiş mantosunda soğurabileceği bir aşamayı öngören 2019 tarihli bir makaleye dayanıyordu. Ekibin savunduğuna göre, bu hidrojen birikimi daha sonra volkanik aktivite yoluyla açığa çıkabilirdi.

Ekip, bu döngünün ilkel Dünya’da gerçekleştiğine dair bazı kanıtların mevcut olduğunu ve günümüzdekinden çok farklı bir hava bileşimine sahip olduğunu dile getiriyor. Swain, “Dünya’da manto tabakasından gelen ve oksijen içeriğinin aşırı düşük olduğu görülen bazı kayalar var” diyor. Birçok jeolog, bu kayaların Dünya’nın ilkel ve hidrojen bakımından zengin bir atmosfere sahip olduğu dönemde oluştuğunu ve en nihayetinde yeryüzünün derinliklerine indiğini düşünüyor.

Ekip, bu ihtimali GJ 1132 b bağlamında modelledi ve hidrojen bakımından zengin bu magmanın içerdiği gazı yerin üstüne salması durumunda atmosferde gözlemledikleri şeyleri üretebileceğini gördü. Bu, gezegenin toplam atmosferinin neredeyse yüzde 0.5’ini meydana getiren alışılmadık düzeydeki yüksek hidrojen siyanür seviyeleri gibi özellikleri de içeriyordu.

Çalışma, öngezegen oluşumunu incelemek amacıyla atmosfer üzerinde yapılan gözlemleri bir gezegenin manto tabakasının oluşumuyla ilgili teorilere bağlayan ve daha geniş etkilere sahip olan ilk araştırma. Bir fikir dizisine göre, birçok süper Dünya aslında ilkel gaz tabakalarını kaybeden bir alt Neptün’ün -Neptün boyutuna erişmeden önce büyümesi duran bir gaz gezegeni sınıfı- arta kalan çekirdekleridir. Bu çalışma, bu gezegenler ev sahibi yıldızlarına çok yakın olsalar bile, bu dünyaların gökbilimcilerin inceleyebileceği atmosferlere ev sahipliği yapma olasılığını gündeme getiriyor.

Swain, “Ulaştığımız sonuçların bize sağladığı şey, en azından kimi durumlarda bu gezegen sınıfının bir atmosferi yeniden yaratabileceğine dair gözlemsel kanıtlar oldu” diyor.

UMUT VAAT EDEN BİR TAKİP HEDEFİ

Bu araştırmada yer almayan Chicago Üniversitesi’nden astrofizikçi Leslie Rogers, ikincil bir atmosfer oluşumu hakkındaki kanıtların henüz kesin olmadığını düşünüyor: “Bence, ulaştıkları sonuçların istatistiksel anlamını daha iyi ölçebilirlerdi.”

Yine de herhangi bir kayalık gezegen için, iyi bir sinyal-gürültü oranına** sahip atmosferik gözlemler gerçekleştirmenin zor bir iş olduğunu kabul ediyor. Bu sebeple, gökbilimciler, 31 Ekim 2021’de uzaya gönderilmesi planlanan James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) fırlatılmasını büyük bir heyecanla bekliyorlar. Teleskop, ötegezegenlerin atmosferlerini tanımlamak için var olan araçlardan çok daha yüksek bir kesinliğe ve gözlemsel hassasiyete sahip olacak.

Rogers, yeni araştırma şimdilik kesin olmasa bile, 'bu gözlemin, şüphesiz biçimde bakmaya değer olan başka bir sıradışı dünyaya işaret ettiğini' düşünüyor. JWST’de geçirilecek zaman için hararetli bir rekabet yaşanacağını da sözlerine ekliyor ve “Ancak Hubble’dan elde edilen bu yeni sonuçlar da bir önermeyi destekleyebilir” diyor.

*Öngezegen (ing. protoplanet) henüz oluşum aşamasında olan gezegen adaylarına verilen isimdir. (ç.n.)

**Sinyal-gürültü oranı (kısaltılmış olarak SNR veya S/N) bilim ve mühendislikte kullanılan, istenen bir sinyalin seviyesini arka plandaki gürültü seviyesiyle karşılaştıran bir ölçüdür. SNR, sinyal gücünün gürültü gücüne oranı olarak tanımlanır ve genellikle desibel cinsinden ifade edilir. (ç.n.)

Yazının orijinali Astronomy sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)