Araştırma: Bir ötegezegenin 'karanlık tarafı' incelendi

Joanna Barstow

Gökbilimcilerin, Güneş’ten başka bir yıldızın yörüngesinde dönen ilk gezegeni keşfetmelerinden bu yana, Güneş Sistemi’ndekilere çok da benzemeyen pek çok dünya bulduk. Bu ötegezegenlerin büyük bir kısmı, kabaca Jüpiter büyüklüğünde, birkaç günde bir ana yıldızlarına yakın bir yörüngedeki turunu tamamlayan, büyük ve gaz halindeki gezegenlerden oluşuyor.

Bu ‘sıcak Jüpiterleri’* doğrudan doğruya göremesek de ana yıldızlarından yayılan parlamanın içinde gizlendikleri için, ‘geçiş yöntemi’ aracılığıyla saptanması en kolay olan gezegenler yine onlardır. Bu teknik, [cismin] ev sahibi yıldızın önünden geçerken dolaylı olarak varlığını açık etmesi ve yıldızın ışığının bir kısmını engellemesiyle işler.

Geçiş esnasında, yıldızın yaydığı ışık atmosferden süzülürken çeşitli gazları saptayarak atmosferin bileşimini de anlayabiliriz. Yine de bu yöntem, bize sadece gezegenin bir bölgesinde var olan koşullarla ilgili bilgi sunar. Nature Astronomy dergisinde yayınlanan ve ‘WASP-121b’ adlı bir ötegezegeni konu alan yeni araştırmamızda, bir sıcak Jüpiter’in küresel atmosferini eşi görülmemiş ayrıntılarla birlikte doğrudan doğruya gözlemlemeyi başardık.

AŞIRI KOŞULLARA SAHİP BİR GEZEGEN

Ana yıldızlarına aşırı yakın bir yörüngede dönen gezegenlerin bir tarafı sürekli biçimde gün ışığına, diğer tarafıysa daima karanlığa bakar. Bu yörüngenin tam olarak ne uzaklıkta olduğuna bağlı biçimde, ‘gündüz’ saatlerinde aşırı yüksek sıcaklıklara ulaşabilir; hatta kimi zaman en serin yıldızlarınkini bile aşabilir. Yıldız ve gezegen arasındaki toplam ışık miktarında yaşanan değişimi ve yıldızın kendi başına yaydığı ışığı hesaplayarak, gündüz sıcaklığını ölçebiliriz.

WASP-121b adlı gezegen, 2015 yılında ‘SuperWASP’ adlı teleskop yardımıyla keşfedildi. Gündüzleri yüzey ısısı 2.226,85 santigrat dereceyi aşan sıcaklıklara ulaşıyor. Gaz devi gezegenler büyük oranda moleküler hidrojen ve helyumdan meydana gelirler ve su buharı gibi diğer gazlardan da eser miktarda barındırırlar. Diğer yandan, buna benzer aşırı sıcaklıklarda, moleküller atomlarına ayrılmaya başlayabilir ve hatta elektronlar atom çekirdeğinden kopabilir; bu durum ise diğer gezegenlerde gördüğümüzden fazlasıyla farklı görünen bir atmosferik kimyaya neden olur.

Bununla birlikte, en büyük sorulardan biri, WASP-121b gibi aşırı sıcak bir gezegenin karanlık ‘gece tarafında’ ne olduğu. Bu taraf herhangi bir şekilde yıldız ışığına maruz kalmaz ve sonsuza dek uzayın dondurucu enginliğine bakar. Bu kısmın ısınabilmesinin yegâne yolu, gezegenin atmosferindeki rüzgarların yıldıza bakan kısımdan buraya ısı taşımasıdır. Ne var ki, çok güçlü rüzgarlarla dahi, en sıcak gezegenler söz konusu olduğunda gündüz ve gece tarafları arasında muazzam ısı farkları oluşmasını bekleriz ve bu durumun atmosferde gerçekleşen kimyasal süreçler açısından da zincirleme etkileri olması muhtemel görünüyor.

IŞIKTAKİ DEĞİŞİMLER ARACILIĞIYLA GÖZLEMLENİYOR

Gece kısmında neler olup bittiğini öğrenmenin tek yolu, gezegeni ve yıldızı en az bir tam yörünge boyunca birlikte gözlemlemeye çalışmaktır. Akabinde, gezegenin farklı yüzleri görünür hale gelirken, sistemden yayılan ışıkta yaşanan çok küçük değişimleri farklı dalga boylarında ölçebiliriz.

Bu yöntem, gezegenin yüzey gaz tabakasını haritalamamıza ve gece ile gündüz koşullarını karşılaştırmamıza olanak sunuyor. Yöntem, şimdilik yalnızca birkaç tane gezegen üzerinde uygulanabiliyor; çünkü aradığımız sinyaller fazlasıyla küçük. Yine de bunu kısa süre önce uzaya gönderilen James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ile daha geniş bir çapta uygulayabileceğiz.

Araştırma ekibimiz, Hubble Uzay Teleskobu aracılığıyla gezegenin iki tam yörüngesini gözlemleyerek WASP-121b üzerinde bu ölçümünü gerçekleştirebildi. Hubble’da, ışık yelpazesinin yakın kızıl ötesi kısmına bakan ve gezegenin atmosferinde bulunan su buharına karşı duyarlı olan bir cihaz kullandık. Atmosferin bu kısmında var olan su buharının miktarını ve farklı yüksekliklerdeki sıcaklığı ölçmek amacıyla yörüngenin her aşamasında yapılan gözlemleri, bilgisayar ortamında yaratılan modellerle karşılaştırdık.

SU DÖNGÜSÜ VE BULUTLAR

Gündüz ve gece tarafındaki sıcaklıkların, gece tarafında yaklaşık 1.226,85 santigrat ve gündüz tarafındaki yüksek rakımlarda 2.226,85 santigrat ile, 1000 santigrattan daha fazla fark sergilediğini gördük. Bu aşırı ısı farkından ötürü, gündüz tarafında bulunan yüksek su buharı miktarı, gece tarafına kıyasla azdır; moleküller aşırı düzeydeki gündüz sıcaklığında parçalansa da hava gece tarafına doğru hareket ederken soğuyarak tekrar birleşirler.

Bu durum, WASP-121b’nin su döngüsünü andıran bir mekanizma barındırdığı anlamına geliyor. Öte yandan, Dünya’da olduğu gibi suyun bir gaz olarak buharlaşmadan önce sıvıya dönüşmesi ve ardından bulutlar oluşturması yerine, WASP-121b’de yok olan ve sonra yeniden şekillendirilen unsur su moleküllerinin kendileridir.

Bu, orada hiç bulut olmadığı anlamına gelmiyor. En azından gece tarafında, gezegende var olan (Dünya’da çoğunlukla kayalarda bulunan ama aşırı sıcak gezegenlerin atmosferlerinde gaz halinde tespit edilen bileşikler halindeki) minerallerin yoğunlaşması ve bulutlar oluşturması için yeteri kadar serindir. WASP-121b’nin karanlık tarafında bulunan gökyüzü yakut ya da safir bile içerebilir; zira yaptığımız ölçümler, atmosferin değerli taşları meydana getiren bir mineral olan korindonun küçük ve tozlu parçacıklar halinde yoğunlaşması için doğru sıcaklığa sahip olduğunu gösteriyor.

WASP-121b’deki su döngüsünü gözlemlemek, aşırı sıcak gezegenlerle ilgili kimi öngörülerimizi teyit etmemizi sağlıyor ve bunun yanı sıra atmosferlerin bu koşullar altında nasıl davrandığıyla ilgili daha fazla bilgi edinmek için bir fırsat sunuyor. Bir sonraki adım, aynı ölçümleri daha fazla gezegen üzerinde gerçekleştirmek ve elde ettiğimiz sonuçları karşılaştırmak olacak. JWST sayesinde tam olarak bunu yapmayı ve ayrıca daha berrak bir görüntü elde etmek amacıyla WASP-121b üzerindeki ölçümlerimizi yinelemeyi heyecanla bekliyoruz.

*Sıcak Jüpiter; fiziksel bakımdan Jüpiter’e benzeyen ama çok kısa yörünge periyotlarına sahip olan, gaz devi ötegezegen sınıfıdır. Yıldızlarına olan yakınlığı ve yüksek yüzey-atmosfer sıcaklıklarından dolayı, “sıcak Jüpiterler” diye adlandırılırlar.

Yazının orijinali The Conversation sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)