Gelgit ısıtması, dış uyduları çok daha yaşanabilir (ve tespit edilebilir) hale getirebilir

Güneş sistemi içinde, astrobiyolojik araştırmalarımızın çoğu, Dünya’nın ötesindeki en yaşanabilir vücut olarak kabul edilen Mars’a yöneliktir. Bununla birlikte, gelecekteki çabalar, dış güneş sistemindeki (Europa, Enceladus, Titan ve daha fazlası gibi) yaşanabilir olabilecek buzlu uyduları keşfetmeyi amaçlıyor. Bir sistemin yaşanabilir bölgeleri (HZ) içinde yörüngede dönen karasal (kayalık) gezegenler ile ana yıldızlarından daha uzakta yörüngede dönen buzlu aylar arasındaki bu ikiliğin, gelecekteki güneş dışı gezegen araştırmalarını ve astrobiyoloji araştırmalarını bilgilendirmesi bekleniyor.

Aslında bazıları, dış uyduların dış gezegenlerin yaşanabilirliğinde hayati bir rol oynayabileceğine ve ayrıca güneş sisteminin ötesinde yaşam aramak için iyi bir yer olabileceğine inanıyor. Yeni bir çalışmada, bir araştırma ekibi, dış uyduların yörüngelerinin ana bedenleri etrafındaki yörüngesinin gelgit ısınmasına nasıl yol açabileceğini (ve sınırlamalar koyabileceğini) araştırdı – burada yerçekimi etkileşimi iç kısımda jeolojik aktiviteye ve ısınmaya yol açar. Bu da, ötegezegen avcılarının ve astrobiyologların, hangi dış uyduların yaşanabilir olma olasılığının daha yüksek olduğunu belirlemesine yardımcı olabilir.

Araştırma, Güney Kaliforniya Üniversitesi (USC) ve Carnegie Bilim Enstitüsü Gözlemevlerinden yüksek lisans öğrencisi Armen Tokadjian ve Profesör Anthony L. Piro tarafından yürütüldü. Bulgularını açıklayan makale (“Tidal Heating of Exomoons in Resonance and Implications for Detection”) kısa süre önce çevrimiçi olarak yayınlandı ve şurada yayınlanmak üzere gönderildi. Astronomi Dergisi. Analizleri büyük ölçüde güneş sistemindeki Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün’ün yörüngesindekiler gibi çok gezegenli ay sistemlerinin varlığından ilham aldı.

Çoğu durumda, bu buzlu uyduların, daha büyük bir gezegenle yerçekimi etkileşiminin iç kısımda jeolojik harekete yol açtığı gelgit ısınmasından kaynaklanan iç okyanuslara sahip olduğuna inanılıyor. Bu da, çekirdek-manto sınırında hidrotermal menfezlerin varlığı nedeniyle sıvı okyanusların var olmasına izin verir. Bu deliklerin okyanuslara saldığı ısı ve kimyasallar, bu “Okyanus Dünyalarını” potansiyel olarak yaşanabilir hale getirebilir – bilim adamlarının on yıllardır araştırmayı umduğu bir şey. Tokadjian’ın Universe Today’e e-posta yoluyla açıkladığı gibi:

“Astrobiyoloji açısından, gelgit ısıtması, bir ayın yüzey sıcaklığını sıvı suyun bulunabileceği bir aralığa yükseltebilir. Bu nedenle, yaşanabilir bölgenin dışındaki sistemler bile daha fazla astrobiyolojik araştırma yapılmasını gerektirebilir. Örneğin, Europa gelgit etkileşimleri nedeniyle sıvı bir okyanusa ev sahipliği yapıyor. Jüpiter ile, güneş sisteminin buz çizgisinin dışında olmasına rağmen.”

Güneş sisteminde ne kadar çok sayıda “Okyanus Dünyası” olduğu düşünülürse, galaksimizde benzer gezegenlerin ve çoklu ay sistemlerinin bulunması muhtemeldir. Piro’nun Universe Today’e e-posta yoluyla açıkladığı gibi, dış ayların varlığının yaşam için birçok önemli etkisi vardır, bunlar arasında:

• Bizimki gibi büyük uydular, gezegenin eksen eğikliğini dengeleyebilir, bu nedenle gezegenin düzenli mevsimleri vardır.
• Gelgit etkileşimleri, gezegenlerin ana yıldızlarıyla gelgit olarak kilitlenmesini önleyebilir ve iklimi etkileyebilir
• Aylar, bir gezegeni gelgitle ısıtabilir ve birçok jeolojik anlamı olan erimiş bir çekirdeği korumasına yardımcı olabilir.
• Gaz halindeki bir gezegen bir yıldızın yaşanabilir bölgesinde olduğunda, ayın kendisi hayata ev sahipliği yapabilir (Endor veya Pandora’yı düşünün)

Son yıllarda jeologlar ve astrobiyologlar, ayın oluşumunun (yaklaşık 4,5 milyar yıl önce) yaşamın ortaya çıkmasında önemli bir rol oynadığını teorileştirdiler. Gezegensel manyetik alanımız, katı bir iç çekirdek etrafında ve gezegenin kendi dönüş yönünün tersi yönünde dönen erimiş dış çekirdeğinin sonucudur. Bu manyetik alanın varlığı, Dünya’yı zararlı radyasyondan korur ve atmosferimizin zaman içinde sabit kalmasına izin veren şeydir – ve güneş rüzgarı tarafından yavaşça sıyrılmaz (Mars’ta olduğu gibi).

Kısacası, bir gezegen ve uyduları arasındaki etkileşimler, her ikisinin de yaşanabilirliğini etkileyebilir. Tokadjian ve Piro’nun önceki bir makalede iki aday ötegezegeni örnek olarak (Kepler-1708 bi ve Kepler-1625 bi) kullanarak gösterdikleri gibi, dış uyduların varlığı dış gezegenlerin içini keşfetmek için bile kullanılabilir. Tokadjian ve Piro, çoklu ay sistemlerinde gelgit ısınmasının miktarının birkaç faktöre bağlı olduğunu söyledi. Piro’nun gösterdiği gibi:

“Bir gezegen ayda gelgiti yükselttiğinde, deformasyon tarafından depolanan enerjinin bir kısmı ayı ısıtmaya aktarılır. Bu süreç, ayın iç yapısı ve boyutu, gezegenin kütlesi, gezegen gibi birçok faktöre bağlıdır. -ay ayrımı ve ayın yörüngesel eksantrikliği. Çok aylı bir sistemde, aylar rezonans içindeyse, önemli gelgit ısınmasına yol açan eksantriklik nispeten yüksek değerlere uyarılabilir.”

“Armen’in çalışmasında, Jüpiter çevresinde Io için gördüğümüz gelgit ısınmasına benzer şekilde, birden fazla uydu arasındaki rezonans etkileşimlerinin ekzomları verimli bir şekilde ısıtabileceğini güzel bir şekilde gösteriyor. ‘Rezonans’ ile, ayların periyotlarının bazı tamsayılara uyduğu durumu kastediyoruz. çoklu (2’ye 1 veya 3’e 2 gibi), böylece yörüngeleri yerçekimsel olarak düzenli olarak birbirini ‘tekmeliyor’.

Tokadjian ve Piro, makalelerinde uyduları, değişen boyut ve tipteki gezegenler (yani, Neptün benzeri gaz devleri ve Süper Jüpiterlere kadar daha küçük kayalık gezegenler) etrafında 2:1 yörünge rezonansında değerlendirdiler. Elde edilen sonuçlara göre, en büyük gelgit ısınması, iki ila dört günlük bir yörünge periyoduna sahip, kayalık Dünya benzeri gezegenlerin yörüngesinde dönen aylarda meydana gelecektir. Bu durumda, gelgit parlaklığı Io’nun 1000 katından fazlaydı ve gelgit sıcaklığı 480 K’ye (~207 °C; 404 °F) ulaştı.

Bu bulguların, ekzomon araştırmalarını içerecek şekilde genişleyen gelecekteki ötegezegen ve astrobiyoloji araştırmaları için ciddi etkileri olabilir. Kepler gibi misyonlar birçok ekzom adayı tespit etmiş olsa da, konvansiyonel yöntemler ve mevcut araçlar kullanılarak dış ayların tespit edilmesi inanılmaz derecede zor olduğu için hiçbiri doğrulanmadı. Tokadjian’ın açıkladığı gibi, gelgit ısıtması, dış uydu tespiti için yeni yöntemler sunabilir:

“Birincisi, bir gezegenin ve ayının bir yıldızın arkasına geçmesi ve bunun sonucunda yıldız akışında bir düşüş gözlemlenmesi olan ikincil tutulma yöntemine sahibiz. İkincisi, ısıtılmış bir ay, Io örneğine çok benzer şekilde volkanizma yoluyla sodyum ve potasyum gibi uçucu maddeleri dışarı atacaktır. Ötegezegenlerin atmosferlerinde sodyum ve potasyum izlerinin saptanması, dış uydunun kökeni için bir ipucu olabilir.”

Önümüzdeki yıllarda, (ilk görüntülerini 12 Temmuz’da yayınlayacak olan) James Webb gibi yeni nesil teleskoplar, ötegezegen atmosferlerinden kimyasal imzaları tespit etmek için gelişmiş optik, IR görüntüleme ve spektrometrelerin kombinasyonlarına güvenecek. ESO’nun Aşırı Büyük Teleskopu (ELT) gibi diğer araçlar, ötegezegenlerin Doğrudan Görüntülenmesine izin verecek uyarlanabilir optiklere dayanacaktır. Ekzomların kimyasal imzalarını tespit etme yeteneği, potansiyel yaşam belirtileri bulma yeteneklerini büyük ölçüde artıracaktır.