Sanatçının bir gezegen diskini, gezegenlerin oluştuğu toz ve gaz bölgesini gösteren illüstrasyonu. Yakınlaştırma eki, buz fazındaki karbon monoksit moleküllerini gösterir. Kredi: M.Weiss/Astrofizik Merkezi | Harvard ve Smithsonian
Gökbilimciler, gezegen fidanlıklarında sıklıkla karbon monoksit (CO) gözlemler. Bileşik, ultra parlak ve gezegenlerin genç yıldızların etrafında oluştuğu toz ve gaz bölgeleri olan pro-gezegen disklerinde son derece yaygın olduğu için bilim adamları için birincil hedeftir.
Bununla birlikte, Diana Powell’a göre, son on yıldır karbon monoksit gözlemleri söz konusu olduğunda bir şeyler eklenmedi. NASA Astrofizik Merkezi’nde Hubble Üyesi | Harvard ve Smithsonian.
“Bu, gezegen oluşturan disklerdeki çözülmemiş en büyük sorunlardan biri olabilir.” – Diana Powell
Gökbilimcilerin bolluğuna ilişkin mevcut tahminleri doğruysa, tüm disk gözlemlerinde büyük miktarda karbon monoksit eksik.
Şimdi, yeni bir model – gözlemlerle doğrulandı ALMA – gizemi çözdü. Disklerin içindeki buz oluşumlarında karbon monoksitin saklandığını ortaya çıkardı. Bulgular 22 Ağustos 2022’de dergide açıklanmıştır. Doğa Astronomi.
Araştırmayı yöneten Powell, “Bu, gezegen oluşturan disklerdeki çözülmemiş en büyük sorunlardan biri olabilir” diyor. “Gözlemlenen sisteme bağlı olarak karbon monoksit olması gerekenden üç ila 100 kat daha azdır; gerçekten çok büyük bir miktar azaldı.”
Karbon monoksit yanlışlıklarının astrokimya alanında büyük etkileri olabileceğinden, bu gerçekten de önemlidir.
Powell, “Karbon monoksit esas olarak diskler hakkında bildiğimiz her şeyi – kütle, bileşim ve sıcaklık gibi – izlemek için kullanılıyor” diye açıklıyor. “Bu, diskler için elde ettiğimiz sonuçların çoğunun, bileşimi yeterince iyi anlamadığımız için yanlı ve belirsiz olduğu anlamına gelebilir.”
Powell, gizemin ilgisini çekti, bu yüzden dedektif şapkasını taktı ve faz değişimlerinin ardındaki fizikteki uzmanlığına dayandı. Bu, maddenin bir gazın katı hale dönüşmesi gibi bir halden diğerine geçişidir.
Powell, bir önseziyle, şu anda ötegezegenlerdeki veya güneş sistemimizin ötesindeki gezegenlerdeki bulutları incelemek için kullanılan astrofiziksel bir modelde değişiklikler yaptı.
“Bu modelle ilgili gerçekten özel olan şey, buzun parçacıklar üzerinde nasıl oluştuğuna dair ayrıntılı fiziğe sahip olması” diye açıklıyor. “Peki, buz küçük parçacıklar halinde nasıl çekirdeklenir ve sonra nasıl yoğunlaşır. Model, buzun nerede olduğunu, hangi parçacığın üzerinde bulunduğunu, parçacıkların ne kadar büyük olduğunu, ne kadar küçük olduklarını ve sonra nasıl hareket ettiklerini dikkatle takip ediyor.”
Gezegen fidanlıklarında karbon monoksitin zaman içinde nasıl geliştiğine dair derinlemesine bir anlayış oluşturmayı uman Powell, uyarlanmış modeli gezegen disklerine uyguladı. Modelin geçerliliğini test etmek için Powell, daha sonra çıktısını, iyi çalışılmış dört diskte (TW Hya, HD 163296, DM Tau ve IM Lup) gerçek ALMA karbon monoksit gözlemleriyle karşılaştırdı.
Powell’a göre, sonuçlar ve modeller gerçekten iyi çalıştı.
Yeni model, gözlemlerin her biri ile son derece iyi uyum sağladı. Dört diskin aslında hiç karbon monoksit kaçırmadığını gösterdi – şu anda bir teleskopla tespit edilemeyen buza dönüştü.
ALMA gibi radyo gözlemevleri, gökbilimcilerin uzaydaki karbon monoksiti gaz fazında görmelerine izin veriyor, ancak mevcut teknolojiyle buzu tespit etmek çok daha zor. Powell, bunun özellikle büyük buz oluşumları için geçerli olduğunu söylüyor.
Model, önceki düşüncenin aksine, özellikle bir milyon yıl sonra büyük buz parçacıkları üzerinde karbon monoksitin oluştuğunu gösteriyor. Bir milyon yıldan önce, gaz halindeki karbon monoksit bol miktarda bulunur ve disklerde saptanabilir.
Powell, “Bu, buz ve gazın disklerde nasıl dağıldığını düşündüğümüzü değiştiriyor” diyor. “Ayrıca, bu tür ayrıntılı modellemenin bu ortamların temellerini anlamak için önemli olduğunu gösteriyor.”
Powell, modelinin NASA’nın Webb Teleskobu ile yapılan gözlemler kullanılarak daha da doğrulanabileceğini umuyor. Görülmeye devam etse de, sonunda disklerdeki buzu tespit edecek kadar güçlü olabilir.
Faz değişikliklerini ve bunların arkasındaki karmaşık süreçleri seven Powell, bunların etkisine hayran olduğunu söylüyor. “Küçük ölçekli buz oluşumu fiziği, disk oluşumunu ve evrimi etkiler – şimdi bu gerçekten harika.”
Referans: Diana Powell, Peter Gao, Ruth Murray-Clay ve Xi Zhang, 22 Ağustos 2022, “Yüzey enerjisiyle düzenlenen buz oluşumuyla gezegen öncesi disklerde gaz halindeki CO2’nin tükenmesi”, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-022-01741-9