Atmosfer işaretleri taşıyan en havalı lav dünyası, Dünya’nın erken dönemlerine dair ipuçları sunuyor

Dünya dışı yaşam arayışında öncelikle Dünya gibi atmosferi olan kayalık gezegenleri aramak mantıklıdır. Atmosfer olmadan bir gezegenin yüzey suyu olamaz. Ancak şu ana kadar kataloglanan 6.300’den fazla ötegezegenin büyük çoğunluğu kayalık değil ve yalnızca bir avuç kayalık gezegenin bir atmosferi olduğu görülüyor.

Yayınlanan bir çalışmada Astrofizik Günlük MektuplarıChicago Üniversitesi’nden bilim adamı Brandon Park Coy liderliğindeki bir grup, bir başkasını rapor ediyor: Balık burcu takımyıldızında 154 ışıkyılı uzaklıkta kayalık bir süper Dünya. HD 3167 b olarak adlandırılan bu çok sıcak “lav dünyası”, yalnızca bir Dünya gününde ev sahibi yıldızının etrafında hızla dönüyor.

UChicago jeofizik bilimleri doçenti ve çalışmanın ortak yazarı Edwin Kite, “Şaşırtıcı olan şey, kayalık bir gezegenin yıldızına ne kadar yakın dönerse, bir atmosfere sahip olmasının o kadar zor olması gerektiğidir, çünkü yıldız rüzgarı tarafından bombalanıyor ve yıldızdan daha fazla yüksek enerjili foton alıyor. Ancak görünen o ki, bu lav dünyalarının çoğu öyle görünüyor” dedi. “Bu gezegenler yaşam için fazla sıcak, ancak onları inceleyerek diğer kayalık dünyalar için önemli olan süreçler hakkında bir şeyler söyleyebiliriz.”

Aşağıdaki Soru-Cevap bölümünde, Kite’ın grubundaki yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı Coy, lav dünyaları olarak adlandırılan atmosferlerin neden önemli olduğunu, bunu nasıl bulduklarını ve sonraki adımları anlatıyor.

Bu atmosferi taşıyan dış gezegeni bulan araştırmanın amacı neydi?

James Webb Uzay Teleskobu’nun yanıtlamak için kullanıldığı en önemli sorulardan biri, Güneş’ten çok daha küçük yıldızların etrafında dönen gezegenlerin atmosfere sahip olup olmadığıdır. Görünüşe göre bu karasal gezegenlerin çoğu öyle değil; onlar sadece çıplak kayalardan ibaret.

Ancak şaşırtıcı bir şekilde, bileşim açısından Dünya ve Venüs’e benzer ama çok çok daha sıcak olan lav dünyalarının çoğunluğunun atmosfere sahip olabileceğine dair kanıtlar bulduk. Bu çalışmada açıklananlar da dahil olmak üzere atmosfere sahip beş karasal gezegen aşırı sıcaktı.

Ancak bu gezegen, bir atmosfere sahip olduğuna dair kanıtlar bulunan, şu ana kadar bulunan en soğuk lav dünyasıdır. Bu ilginç çünkü atmosferi olan ve olmayan gezegenler arasındaki sıcaklık geçişini anlamaya çalışıyoruz.

Sonuç, şu anda Maryland Üniversitesi’nde bulunan PhD’21 Megan Weiner Mansfield tarafından yönetilen bir programın ilkidir. 10 ultra sıcak lav dünyasına bakan programın amacı, üzerinde atmosfere sahip gezegenleri görmeye başlayacağınız kritik bir sıcaklığın olup olmadığını görmektir.

Coy, “Bu tür gezegenleri incelemekle ilgileniyoruz çünkü erken dönem Dünya’nın bir lav dünyasına çok benzediğini düşünüyoruz” dedi.

Bir ötegezegenin atmosferi olup olmadığını nasıl anlarsınız?

Şu anda, yaşam belirtileri için Dünya benzeri gezegenlere doğrudan bakmak mümkün değil. Bunun yerine, dış gezegenlerin sıcaklığını tahmin etmek için orta-kızılötesi dalga boyu aralığındaki ışığı tespit etmek için Webb teleskopunu kullanabiliriz; bu da bize onların atmosfere sahip olup olmadıklarını söyleyebilir.

Dış gezegenleri incelemenin iki temel yolu vardır. Gezegenin ev sahibi yıldızının önüne geçmesine geçiş denir. Diğeri ise bu çalışma için kullandığımız yöntem olan ikincil tutulma olarak adlandırılıyor. Gezegen yıldızının arkasından geçtiğinde meydana gelir ve ne kadar ışık kaybolduğunu ölçebiliriz. Bu fark bize ne kadar orta-kızılötesi ışığın gezegenin kendisinden geldiğini anlatıyor, bu da bize aslında gezegenin ne kadar sıcak olduğunu söylüyor.

Bir gezegenin atmosferi yoksa yıldıza bakan gün tarafı, yüzeyinin ne kadar yansıtıcı olduğuna ve yıldıza olan uzaklığına bağlı olarak teorik olarak mümkün olduğu kadar sıcak olmalıdır. Ancak atmosfer, ısının gündüz tarafından gece tarafına yeniden dağıtılmasına yardımcı olacaktır. Bunun Venüs’te gerçekleştiğini görüyoruz; gündüz ve gece tarafları arasında veya kutuplarla ekvator arasında yüzey sıcaklığında neredeyse hiç fark yok.

Eğer bir gezegenin atmosferi varsa, gelen yıldız ışığını yansıtan ve gündüzleri serinleten bulutları da olabilir. Yani eğer bir gezegenin gündüz tarafı mümkün olan maksimum değerden daha soğuksa, muhtemelen bir atmosferi vardır. Bu çalışmanın konusu olan HD 3167 b, beklenen maksimum değerinden gözle görülür derecede daha soğuk olup, bir atmosfere sahip olduğuna dair güçlü kanıtlar sunmaktadır.

Sizce HD 3167 b’nin atmosferi neden oluşuyor?

Bu lav dünyaları, yıldızlara bakan yüzeylerinin muhtemelen erimiş kaya olması nedeniyle bu şekilde adlandırılmıştır. HD 3167 b’nin, Dünya’nın mantosunu oluşturan minerallere benzer bir mineral karışımı ile silikat açısından zengin bir bileşime sahip olabileceğini düşünüyoruz. Bu çalışmadan önce, bu aşırı sıcak gezegenlerdeki herhangi bir atmosferin buharlaşmış kayalardan oluşmasını bekliyorduk, ancak bazılarının atmosferlerinde karbondioksit, karbon monoksit veya su gibi daha ağır gazların olabileceğine dair kanıtlar görmeye başlıyoruz.

HD 3167 b’nin atmosferinin yapısı hâlâ belirsiz. Yeni gözlemler elde etmeye bu kadar ilgi duymamızın bir nedeni de bu.

Bu sonuç neden önemli?

Atmosfere sahip olduğu tespit edilen diğer dört lav dünyasının aşırı sıcak rejimde olması, silikat atmosferleri çok kalınlaşmaya başladığında kritik bir geçiş sıcaklığının olup olmadığı konusunda soruları gündeme getiriyor. Bu gezegenlerin, gelen radyasyonu uzaya yansıtabilecek ve gündüz taraflarını soğutabilecek silikat bulut katmanları oluşturduğu bir sıcaklık var mı? Bu nispeten daha soğuk gezegen, bu geçişi daha iyi karakterize etmemize ve belirlememize yardımcı oluyor.

Yaşam için ne kadar elverişsiz olsalar da, bu tür gezegenleri incelemekle de ilgileniyoruz çünkü erken dönem Dünya’nın bir lav dünyasına çok benzemiş olabileceğini düşünüyoruz.

Güneş sistemi tarihinin çok erken dönemlerinde, karasal gezegenler oluştuğunda, tüm gezegensel çarpışmalardan kaynaklanan enerji nedeniyle aşırı derecede sıcak olduklarını düşünüyoruz. Dünya, tamamen sıvı bir yüzeye sahip, magma okyanusu olarak bilinen bir aşamaya sahipti. Bu sonuç bize, Dünya’nın ilk birkaç milyon yılındaki koşulların nasıl olabileceğini incelememiz için bir pencere açıyor.