Subaru Teleskobu Encke Kuyruklu Yıldızı’nın çekirdeğinin şeklini ve sıcaklığını ortaya çıkarıyor

Subaru Teleskobu ile yapılan orta-kızılötesi gözlemler, 2P/Encke Kuyruklu Yıldızı’nın çekirdeğinin şeklini ve yüzey sıcaklığını ortaya çıkardı. Çekirdeğin termal emisyonunun döndükçe nasıl değiştiğini analiz eden araştırmacılar, çekirdeğin uzun bir eksene sahip olduğunu, yaklaşık 7 kilometrelik bir uzun eksen ve yaklaşık 3 kilometrelik bir kısa eksene sahip olduğunu buldu. Ayrıca gözlem sırasında yüzey sıcaklığının 328 ± 7 Kelvin (yaklaşık 55°C) olduğunu da belirlediler.

Bu sonuçlar, şu adreste yayınlandı: Astronomi Dergisikuyruklu yıldızların etkinliklerinin ve yörüngelerinin nasıl değiştiğini anlamak ve güneş sisteminin erken dönem tarihini keşfetmek için yeni ipuçları sağlıyor.

Çekirdek: Kuyruklu yıldızları anlamanın anahtarı

Gece gökyüzünde puslu bir “koma” ve uzun bir “kuyruk” bırakarak, birdenbire ortaya çıkan kuyruklu yıldızlar, insanlık tarihi boyunca kültürel, sanatsal ve bilimsel açıdan ilgi duyulan nesneler olmuştur.

Encke Kuyruklu Yıldızı (2P/Encke), adını, yörüngesini ayrıntılı olarak inceleyen ve yaklaşık 3,3 yılda bir güneşin etrafında dönen periyodik bir kuyruklu yıldız olduğunu gösteren 19. yüzyıl Alman gökbilimci Johann Encke’den almıştır. Encke ayrıca kuyruklu yıldızın yörünge periyodunun giderek kısaldığını ancak bunun nedeninin açıklanamayacağını buldu. Bu bulmacanın ipucunun kuyruklu yıldızın merkezindeki “çekirdekte” yattığı ortaya çıktı.

20. yüzyılın ortalarında Amerikalı gökbilimci Fred Whipple, güneşe yaklaşan bir kuyruklu yıldızdan gaz ve toz fışkırdığında reaksiyon kuvvetinin kuyruklu yıldızın yörüngesini değiştirdiğini öne sürdü. Ayrıca çekirdeğin tozla karışık buzdan oluştuğu “kirli kartopu” modelini de öne sürdü. Bu model kuyruklu yıldızlara ilişkin anlayışımızın temel taşı olmaya devam ediyor.

Kuyruklu yıldız çekirdekleri, güneş sisteminin 4,6 milyar yıl önceki doğuşundan kalma materyalleri koruyor, bu da onları önemli bir çalışma konusu haline getiriyor. Bununla birlikte, bir kuyruklu yıldız Güneş’e yaklaştıkça çekirdekten salınan gaz ve toz onun etrafında genişler ve koma adı verilen bulut benzeri bir yapı oluşturur, bu nedenle merkezdeki küçük çekirdeğin yerdeki gözlemevleriyle doğrudan gözlemlenmesi zordur.

Çekirdeğin şeklini ve sıcaklığını ortaya çıkarmak

Mesleki ve Çevre Sağlığı Üniversitesi, Kyoto Sangyo Üniversitesi ve Photocross Co., Ltd.’den bir araştırma ekibi, Kasım 2003’te Subaru Teleskobu ile elde edilen Encke Kuyruklu Yıldızı’nın orta kızılötesi verilerini (yaklaşık 10 mikrometre dalga boyu) analiz etti. Gözlemler, Soğutmalı Orta Kızılötesi Kamera ve Spektrometre (COMICS) ile yapıldı.

Orta kızılötesi gözlemler çekirdeğin kendisinden gelen termal emisyonu tespit edebilir. Subaru Teleskobu’nun yüksek uzaysal çözünürlüğü sayesinde Encke Kuyruklu Yıldızı bir nokta kaynak olarak ortaya çıktı ve bu da komadan kaynaklanan emisyonun gözlemlenen sinyale yalnızca küçük bir katkı sağladığını gösterdi.

Analiz, gözlemler sırasında kuyruklu yıldızın parlaklığının değiştiğini gösterdi. Bunun, Dünya’dan görüldüğü gibi yüzeyin görünen boyutunu değiştiren uzun çekirdeğin dönüşünden kaynaklandığı düşünülüyor. Bu parlaklık değişiminden yola çıkarak ekip, çekirdeğin uzun ekseni boyunca yaklaşık 7 kilometre (4,3 mil) ve kısa ekseni boyunca yaklaşık 3 kilometre (1,9 mil) olan uzun bir elipsoid olduğunu tahmin etti.

Daha önceki görünür ışık ve radar gözlemleri de Encke’nin çekirdeğinin uzatılmış olabileceğini öne sürerken, uzay aracı gözlemleri karmaşık, belirgin biçimde küresel olmayan şekillere sahip kuyruklu yıldız çekirdeklerini ortaya çıkardı. Bu çalışma, çekirdeğin kendisinden gelen termal emisyona dayanarak Encke’nin şeklinin bağımsız bir tahminini sağlar.

Ekip, birden fazla dalga boyunda gözlemlenen termal emisyonu daha ayrıntılı bir şekilde analiz ederek, kuyruklu yıldız Güneş’ten yaklaşık 1,1 astronomik birim (au) uzaktayken çekirdeğin yüzey sıcaklığının 328 ± 7 Kelvin (yaklaşık 55°C) olduğunu buldu. Bu, önceki gözlemlere dayanan ampirik bir modelin tahmin ettiği yaklaşık 327 Kelvin sıcaklıkla tamamen örtüşüyor. Bir çekirdeğin yüzey sıcaklığı, güneş ışığını nasıl emdiğinin ve ısıyı uzaya nasıl yaydığının bir göstergesidir; bu, onun termal özellikleri hakkında fikir verir ve araştırmacıların onun aktivitesini anlamalarına yardımcı olur.

Kuyruklu yıldız aktivitesi yörüngeyi nasıl değiştirebilir?

Encke Kuyruklu Yıldızı, kuyruklu yıldız araştırma tarihinde özel bir yere sahiptir. Bu, bilim adamlarını, çekirdekten çıkan gazın bir roket iticisi gibi davranarak çekirdeği ittiği ve yörüngesini değiştirdiği “yerçekimi olmayan etki”ye yönlendiren durumlardan biriydi.

Bu etkinin boyutu ve yönü, çekirdeğin şekline ve dönüşüne, gazın nerede ve hangi yönde salındığına bağlıdır. Bu çalışmada ortaya çıkan şeklin, Encke’nin yörünge dönemindeki değişimin doğrudan nedeni olduğu tespit edilememektedir. Yine de burada elde edilen şekil ve boyut, kuyruklu yıldızın aktivitesini ve uzun vadeli yörünge evrimini anlamak için temel bilgiler sağlıyor.

Maunakea: Kuyruklu yıldız çekirdeklerini görmek için bir pencere

2021 yılında aynı ekip, orta kızılötesinde başka bir kuyruklu yıldızın çekirdeğini tespit etmeyi de başardı. Mevcut sonuçla birlikte yer tabanlı gözlemler, kuyruklu yıldız çekirdeklerinin doğasını yavaş yavaş ortaya çıkarıyor.

Orta kızılötesi, bir çekirdeğin termal emisyonunu yakalamak için çok uygundur, ancak yer tabanlı gözlem için zor bir dalga boyu aralığıdır: orta kızılötesi radyasyon, Dünya atmosferindeki su buharı tarafından kolayca emilir ve teleskop ve atmosferin kendisi güçlü termal radyasyon yayar.

Maunakea’nın yaklaşık 4.200 metre (13.800 feet) yükseklikteki zirve bölgesi, az su buharı nedeniyle kurudur ve bu da burayı orta kızılötesi gözlemler için çok uygun hale getirir. Bu mükemmel ortamdan ve Subaru Teleskobu’nun 8,2 metrelik geniş açıklığından yararlanan COMICS, yüksek uzaysal çözünürlükle görüntüleme ve spektroskopi gerçekleştirebilen, dünya standartlarında, benzersiz yeteneklere sahip bir cihazdı.

COMICS, Subaru Teleskobu üzerindeki gözlemlerini 2020 yılında sonlandırdı. Şu anda Maunakea’daki hiçbir cihaz rutin olarak orta-kızılötesi gözlemler gerçekleştiremiyor ve bu çalışmayı yöneten Mesleki ve Çevre Sağlığı Üniversitesi’nden Dr. Takafumi Ootsubo liderliğindeki COMICS’i yeniden başlatma planı devam ediyor.

Ootsubo, “Encke Kuyruklu Yıldızı ile ilgili çalışmamız, orta kızılötesi gözlemlerin çekirdeğin kendisinden gelen termal emisyonu doğrudan yakalayabildiğini gösterdi” diyor. “COMICS’i yeniden başlatarak, daha birçok kuyruklu yıldız çekirdeğinin şekillerini, sıcaklıklarını ve yüzey malzemelerini ayrıntılı olarak incelemeyi ve gerçek yüzlerini ortaya çıkarmaya daha da yaklaşmayı umuyoruz.”