Ötegezegen bilim adamları, karasal bir ötegezegenin etrafındaki atmosferin keşfedilmesini sabırsızlıkla bekliyorlar. İnce, zayıf, zar zor algılanabilen bir molekül topluluğu değil; kalın, sağlam, potansiyel olarak yaşamı destekleyen bir atmosfer. Dış gezegenleri tespit etme yöntemimiz nedeniyle, bulduğumuz karasal gezegenlerin çoğu kırmızı cücelerin (M cüceleri) yörüngesinde dönüyor.
Bu, bir atmosfer bulma konusunda sorun teşkil ediyor çünkü kırmızı cüceler şiddetli alevlenmelerle tanınıyor. Kırmızı cüceler çok sönük oldukları için yaşanabilir bölgeleri onlara çok yakındır. Bu, yaşanabilir bölgedeki dış gezegenlerin patlamaya maruz kaldıkları yıldızlara çok yakın olduğu ve bu gezegenlerin sahip olabileceği tüm atmosferleri yok etmesi beklendiği anlamına geliyor. Ve atmosfer olmadan yaşanabilirlik şansı son derece zayıftır.
Çok yakın oldukları için, kırmızı cüce yaşanabilir bölgelerdeki ötegezegenler de muhtemelen yıldızlarına gelgit nedeniyle kilitlenmiş durumdalar. Bu, gezegenin bir tarafının sürekli aydınlandığı (gündüz tarafı) ve diğer tarafının sürekli karanlık (gece tarafı) olduğu anlamına gelir. Yani gündüz tarafı aşırı sıcak iken gece tarafı oldukça soğuktur.
Yeni araştırmaya göre bu çok alışılmadık bir duruma yol açabilir. Başlığı “M cüceleri etrafındaki karasal gezegenlere yönelik etkiler yoluyla atmosferik çöküş ve yeniden şişme” başlığını taşıyor ve baş yazar Prune August. August doktora derecesidir. Danimarka Teknik Üniversitesi Uzay Araştırmaları ve Teknolojisi Bölümü öğrencisi. Araştırma, The Guardian’a sunuldu. Astrofizik Günlük Mektupları ve şu adreste çevrimiçi olarak mevcuttur: arXiv ön baskı sunucusu.
Başlığın da açıkça belirttiği gibi, çalışma M cücelerinin yörüngesinde dönen karasal ötegezegenlerle ilgilidir. Yazarlar, “Bu gezegenlerin atmosferleri, gece tarafındaki uçucu maddelerin yoğunlaşması nedeniyle atmosferik erozyona ve çökmeye karşı hassastır” diye yazıyor. Bu atmosferlerin alevlenme nedeniyle yok olmaya yatkın olmasının yanı sıra bazı uçucu maddelerin donarak soğuk karanlık taraftaki yüzeye çöktüğünü de söylüyorlar. “Ancak, gece tarafı buzu olarak biriken bu çökmüş uçucu maddeler, göktaşı çarpmalarıyla yeniden buharlaşabilecek ve atmosferleri yeniden oluşturabilecek istikrarlı bir rezervuar oluşturuyor.”
Bu alışılmadık bir fikir. Eğer kırmızı cüce parlaması yıldızın yaşamının erken dönemlerinde en yıkıcı ise, o zaman parlama sona erdiğinde, çarpmalardan kaynaklanan ısı gece tarafındaki uçucu maddeleri yeni bir atmosfere yeniden oluşturabilir. Yazarlar, “Stokastik etkilerle atmosferik evrim simülasyonlarına uygulanan basit bir enerji dengesi modeli aracılığıyla, bu mekanizmanın CO2 atmosferleri için uygulanabilirliğini ve önemini değerlendiriyoruz” diye yazıyor.
Çalışmalarında, küçük kırmızı cücelerin yörüngesindeki dış gezegenlerdeki atmosferleri bulmaya yönelik gözlemsel bir çalışma olan JWST DDT Rocky Worlds programından dış gezegenleri değerlendirdiler. İlk adım olarak, üç farklı yörünge mesafesinde kırmızı bir cücenin yörüngesinde dönen Dünya büyüklüğünde, Dünya kütlesindeki bir ötegezegen üzerindeki rastgele etkiler için simülasyonlar yürüttüler. Ayrıca gezegene, modern Dünya’nınkiyle aynı sabit bir CO2 gazı boşaltma oranı verdiler.
Genel olarak, yaklaşık 10 km çapındaki orta büyüklükteki çarpma cisimlerinin yaklaşık her 100 milyon yılda bir bir gezegene çarparak tespit edilebilir bir atmosfer sağlayabildiğini buldular.
Buradan elde edilen modeli Rocky Worlds’teki üç gezegene uyguladılar: LTT 1445 Ab, LTT 1445 Ac ve GJ 3929 b. Araştırmacılar, “Evrimin statik, nihai durumuna odaklanmak yerine, her gezegenin şişkin bir atmosferde geçirdiği zamanın oranını hesaplıyoruz” diye açıklıyor. “Bu yaklaşım, çarpmaların oluşturduğu geçici atmosferlerin varlığını açıklıyor.”
Araştırmacılar çeşitli etki oranları ve CO ile 50.000 Monte Carlo durumunu incelediler2 gaz çıkarma oranları. Simülasyonlar, gezegenler 2,2 milyar yaşında ve 12 milyar yaşındayken başladı. Birlikte atmosferik yenilenme için en uygun darbe hızı aralığının ne olduğunu belirlediler.
Elbette ötegezegenler üzerindeki etki oranlarına ilişkin bilgimiz kesin olmaktan uzaktır. Yazarlar, “Dışgezegen sistemleri için etki oranlarının tahmin edilmesi, enkaz kuşaklarının varlığı ve yapısı ile gezegen sistemi mimarisi gibi faktörlere bağlı olarak oldukça belirsizliğini koruyor” diye yazıyor.
Kutup başlıkları ile karşılaştırıldığında gece tarafındaki buz tabakalarının boyutu gibi birçok başka belirsizlik de var. Çok fazla buz olmalı ve çarpanların ona çarpması gerekiyor. Araştırmacılar, “Bir çarpma tertibatının, kutup kapaklarıyla karşılaştırıldığında, gece boyunca uzanan buz tabakalarına buza çarpma olasılığı daha yüksektir” diye açıklıyor.
Tüm bu belirsizlikler bir yana, bu çalışma alışık olduğumuzdan farklı bir tablo çiziyor. Başlangıç durumundan evrimsel olarak son duruma doğru evrilen karasal ötegezegen atmosferleri yerine geçici olabilirler. Tamamen toplu özellikler tarafından yönetilmek yerine, dönemsel yenilenme iş başında olabilir. Yazarlar şöyle yazıyor: “Bu dinamik görüş gözlemsel açıdan önemlidir, çünkü tespit oranlarının evrimsel son noktalardan ziyade atmosferik kalıcılığı yansıtabileceğini öne sürüyor.”
Bunun dış gezegenleri nasıl gözlemlediğimiz ve atmosferleri nasıl araştırdığımız konusunda bazı sonuçları vardır. Araştırmacılar, “Bir gezegen, zamanının %1−10’unu bir atmosferde geçiriyorsa, onu tespit etmede de buna karşılık gelen bir başarı oranı beklemeliyiz” diye yazıyor. Üç gezegenden biri olan LTT 1445 Ab, zamanın %50’sinden fazlasında bir atmosfere sahip olabilir. Bu, darbeye dayalı atmosferlerin “kayalık ötegezegenlerin çevresinde tespit edilebilir atmosferleri korumak için uygun bir yol” olduğu anlamına gelir.
Bu sonuçlar sezgilere aykırıdır. Sonuç olarak yazarlar, soğuk bir gece tarafına sahip olmanın, karasal ötegezegen atmosferlerini kırmızı cüce yıldızların parlamasıyla yok edilmekten ve soyulmaktan koruyan şey olabileceğine işaret ediyor. Atmosfer temelde, darbeler onu yeniden canlandırana kadar donmuş bir halde bekler.
Yazarlar sonuç kısmında şöyle yazıyor: “Atmosferik çöküş, tipik olarak gelgit nedeniyle kilitlenmiş kayalık ötegezegenlerin etrafındaki atmosferlerin hayatta kalmasına zararlı olarak görülse de, uçucuları atmosferik kaçıştan koruyarak koruyucu bir rol oynuyor.”
Gece tarafı, atmosferi yeniden oluşturabilecek uçucu maddeler için büyük bir rezervuar görevi görse de, çok fazla etki zararlı olabilir. Çarpma oranı ve çarpma elemanı boyutu açısından da tatlı bir nokta var. Çapları 5 ila 10 km arasında değişirse ve bir milyar yıl içinde 1 ila 100 tanesi tek bir gezegene çarparsa, kayalık bir ötegezegen onun atmosferini yeniden oluşturabilir.
“Bu ölçüme göre, M cücelerinin etrafındaki kayalık gezegenler tespit edilebilir CO2’yi tutabilir2 Araştırmacılar, “makul koşullar altında yaşamlarının yaklaşık %1−45’ini atmosferde geçirirler” sonucuna varıyor.
