Gezegen oluşturan diskler şaşırtıcı derecede benzer şekillerde gelişir

Max Planck Astronomi Enstitüsü’nden Sierk van Terwisga liderliğindeki bir grup gökbilimci, Orion A bulutundaki 870’den fazla gezegen oluşturan diskin kütle dağılımını analiz etti. Bu eşi görülmemiş büyük disk örneğinin istatistiksel özelliklerinden yararlanarak ve yenilikçi bir veri işleme şeması geliştirerek, sıcak yıldızlar gibi zorlu ortamlardan uzakta, disk kütlesindeki düşüşün yalnızca yaşlarına bağlı olduğunu keşfettiler. Sonuçlar, Dünya’nın en az 1000 ışıkyılı içinde, gezegen oluşturan disklerin ve gezegen sistemlerinin benzer şekillerde geliştiğini gösteriyor.

Günümüz astronomi araştırmalarındaki en heyecan verici sorulardan bazıları “Diğer gezegen sistemleri neye benziyor?” ve “Güneş sistemi diğer gezegen sistemleriyle ne kadar karşılaştırılabilir?” Bir gökbilimci ekibi şimdi bu bulmacayı çözmek için önemli ipuçları sağladı.

Almanya, Heidelberg’deki Max Planck Astronomi Enstitüsü’nde bilim adamı olan Sierk van Terwisga, “Şimdiye kadar, genç yıldızların etrafındaki gezegen oluşturan disklerin evrimine hangi özelliklerin egemen olduğunu kesin olarak bilmiyorduk” diyor. Yayınlanan temel araştırma makalesinin baş yazarıdır. Astronomi ve Astrofizik bugün. Van Terwisga, “Yeni sonuçlarımız, herhangi bir ilgili dış etkinin olmadığı ortamlarda, yeni gezegenler oluşturmak için mevcut gözlemlenen disk kütlesinin yalnızca yıldız-disk sisteminin yaşına bağlı olduğunu gösteriyor” diye ekliyor.

Disk kütlesi, gezegen oluşturan disklerin evrimini incelerken anahtar özelliktir. Bu miktar, gezegenlere dönüştürülebilecek ne kadar malzeme olduğunu belirler. Disk yaşına bağlı olarak, orada bulunan gezegenler hakkında da ipuçları sağlayabilir. Işınlama ve yakındaki büyük yıldızlardan gelen rüzgarlar gibi dış etkiler açıkça diskin hayatta kalmasını etkiler. Ancak, bu tür ortamlar nadirdir ve bu işlemler disklerin kendileri hakkında fazla bilgi vermez. Bunun yerine, gökbilimciler yaş, kimyasal bileşim veya genç yıldızların diskleriyle birlikte ortaya çıktığı ana bulut dinamikleri gibi dahili disk özellikleriyle daha fazla ilgileniyorlar.

Çeşitli katkıları çözmek için gökbilimcilerden oluşan ekip, diskleri olan genç yıldızlardan oluşan geniş ve iyi bilinen bir bölge olan Orion A bulutunu seçti. Dünya’dan yaklaşık 1350 ışıkyılı uzaklıktadır. Álvaro, “Orion A bize genç yıldızların etrafında 870’den fazla diskten oluşan eşi görülmemiş büyük bir örneklem boyutu sağladı. Yaşa ve hatta bulutun içindeki yerel ortamlara bağlı olarak disk kütlesindeki küçük değişiklikleri arayabilmek çok önemliydi.” Avusturya’nın Viyana Üniversitesi’nde ortak yazar ve bilim adamı olan Hacar açıklıyor. Örnek, diskleri tanımlamaya izin veren Herschel Uzay Teleskobu ile yapılan daha önceki gözlemlerden kaynaklanmaktadır. Birkaç dalga boyunu birleştirmek, yaşlarını tahmin etmek için bir kriter sağladı. Hepsi aynı buluta ait olduğundan, astronomlar kimya ve bulut geçmişi değişikliklerinden çok az etki beklediler. Ayrıca, 13 ışıkyılından daha yakın olan diskleri reddederek yakındaki Avcı Bulutsusu Kümesi’ndeki (ONC) devasa yıldızlardan gelebilecek herhangi bir etkiden de kaçındılar.

Ekip, disk kütlesini ölçmek için Şili Atacama Çölü’ndeki Chajnantor Platosu’nda bulunan Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi’ni (ALMA) kullandı. ALMA, ayarlanabilir açısal çözünürlüğe sahip tek bir teleskop olarak işlev gören 66 parabolik antenden oluşur. Bilim adamları, her bir diski yaklaşık 1,2 milimetrelik bir dalga boyunda verimli bir şekilde hedeflemelerine izin veren bir gözlem modu uyguladılar. Bu spektral aralıkta soğuk diskler parlaktır. Öte yandan, merkez yıldızların katkısı önemsizdir. Bu yaklaşımla gökbilimciler disklerin toz kütlelerini belirlediler. Bununla birlikte, gözlemler, örneğin kayalar ve gezegenler gibi birkaç milimetreden çok daha büyük nesnelere karşı duyarsızdır. Bu nedenle ekip, gezegen oluşturabilen disk malzemesinin kütlesini etkili bir şekilde ölçtü.

Disk kütlelerini hesaplamadan önce, gökbilimciler birkaç düzine ALMA teleskopundan gelen verileri birleştirdi ve kalibre etti. Bu görev, büyük veri kümeleriyle uğraşırken oldukça zorlu hale gelir. Standart yöntemler kullanıldığında, toplanan verilerin işlenmesi aylar alırdı. Bunun yerine ekip, paralel bilgisayarlar kullanarak yeni bir yöntem geliştirdi. Ortak çalışan BT hizmet sağlayıcısı SURF’den ortak yazar Raymond Oonk, “Yeni yaklaşımımız işlem hızını 900 kat artırdı” diyor. Görevi bitirmek ve verileri sonraki analize hazırlamak için gereken 3000 CPU saati bir günden kısa bir sürede geçti.

Toplamda, Orion A, her biri birkaç yüz Dünya kütlesine kadar toz içeren gezegen oluşturan diskler içerir. Bununla birlikte, 870 diskten sadece 20’si 100 veya daha fazla toprağa eşdeğer toz tutar. Genel olarak, disk sayısı kütle ile hızla azalır ve çoğunluğu 2,2 Dünya kütlesinden daha az toz içerir. Van Terwisga, “Varyasyonları aramak için Orion A bulutunu parçalara ayırdık ve bu bölgeleri ayrı ayrı analiz ettik. Yüzlerce disk sayesinde, alt örnekler istatistiksel olarak anlamlı sonuçlar verecek kadar büyüktü,” diye açıklıyor.

Gerçekten de bilim adamları, Orion A’da onlarca ışıkyılı ölçeğinde disk kütle dağılımlarında küçük farklılıklar buldular. Ancak bunların tümü bir yaş etkisi olarak açıklanabilir, yani birkaç milyon yıl içinde disk kütleleri azalma eğilimi gösterir. daha yaşlı nüfuslar. Hata sınırları içinde, aynı yaştaki gezegen oluşturan disk kümeleri aynı kütle dağılımını sergiler. Gezegen oluşturan disklerdeki toz kütlesinin zamanla azaldığını görmek hiç de şaşırtıcı değil. Sonuçta, toz gezegenlerin hammaddelerinden biridir. Bu nedenle, gezegen oluşumu kesinlikle serbest toz miktarını azaltır. Diğer iyi bilinen süreçler, disk merkezine doğru toz göçü ve ana yıldızdan ışınlama yoluyla toz buharlaşmasıdır. Yine de, disk kütlesi ve yaş arasında bu kadar güçlü bir korelasyon görmek şaşırtıcı.

Tüm bu diskler, şimdi Orion A bulutunu oluşturan aynı ortamdan ortaya çıktı. Bu, diğer genç yıldız diski popülasyonlarıyla nasıl karşılaştırılır? Gökbilimciler, sonuçlarını gezegen oluşturan disklere sahip yakındaki birkaç yıldız oluşturan bölgeyle karşılaştırarak bu soruyu yanıtladılar. İkisi hariç, hepsi Orion A’da bulunan kütle-yaş ilişkisine güzel bir şekilde uyuyor. “Hep birlikte, çalışmamızın en azından önümüzdeki 1000 ışıkyılı içinde, gezegen oluşturan disklerin tüm popülasyonlarının aynı şeyi gösterdiğini kanıtladığını düşünüyoruz. belirli bir yaşta kitle dağılımı. Ve aşağı yukarı aynı şekilde evrimleşiyor gibi görünüyorlar,” diye bitiriyor van Terwisga. Sonuç, şaşırtıcı derecede benzer gezegen sistemlerinin oluşumuna dair ipucu bile verebilir.

Bir sonraki adım olarak, bilim adamları yakındaki yıldızların birkaç ışıkyılı gibi daha küçük ölçeklerdeki olası etkilerini inceleyecekler. ONC’deki büyük kütleli yıldızların neden olduğu güçlü radyasyon alanından kaçınırken, komşu disklerdeki tozu etkileyebilecek ve disk kütle istatistiklerini değiştirebilecek potansiyel olarak daha sönük alan yıldızları vardır. Bu tür katkılar, disk kütlesi-yaş ilişkisinde bulunan bazı sapmaları açıklayabilir. Sonuçlar, yaşın egemen olduğu bir gezegen oluşturan disk evriminin genel resmini güçlendirmeye yardımcı olabilir.