Gökbilimciler, güneş benzeri bir yıldızın yörüngesinde dönen Jüpiter büyüklüğünde bir gezegeni doğrudan görüntülüyor

En yaygın kabul gören teoriye göre, gezegen sistemleri genç yıldızların etrafında diskler oluşturan büyük toz ve gaz bulutlarından oluşur. Zamanla, bu diskler, ana yıldızlarından değişen boyut, bileşim ve mesafeye sahip gezegenler oluşturmak için birleşir. Son birkaç on yılda, orta ve uzak kızılötesi dalga boylarındaki gözlemler, genç yıldızların (100 milyon yıldan daha eski) etrafındaki enkaz disklerinin keşfedilmesine yol açtı. Bu, gökbilimcilerin erken tarihlerinde gezegen sistemlerini incelemelerine izin vererek, sistemlerin nasıl oluştuğuna ve geliştiğine dair yeni bilgiler sağladı.

Buna, kendini oluşum halindeki yıldız sistemlerini incelemeye adamış uluslararası bir gökbilimciler ekibi olan SpHere Infrared Exoplanets (SHINE) konsorsiyumu da dahildir. SHINE işbirliği, ESO’nun Çok Büyük Teleskobu’nu (VLT) kullanarak yakın bir zamanda yakınlardaki bir yıldızın (HD 114082) enkaz diskini görünür ve kızılötesi dalga boylarında gözlemledi ve karakterize etti. NASA’nın Geçiş Yapan Ötegezegen Uzay Uydusu’ndan (TESS) alınan verilerle birleştirildiğinde, diske gömülü Jüpiter’in (“süper Jüpiter”) birçok katı büyüklüğündeki bir gaz devini doğrudan görüntüleyebildiler.

SHINE ekibi, ETH Zürih’teki Parçacık Fiziği ve Astrofizik Enstitüsü’nden (IPA) Dr. Natalia Engler tarafından yönetildi. Avrupa Güney Gözlemevi (ESO), Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (STScI), Max-Planck Astronomi Enstitüsü, Academia Sinica Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü ve çok sayıda gözlemevi ve üniversiteden gökbilimciler ona katıldı. Bulgularını açıklayan makalenin dergide yayınlanması planlanıyor Astronomi ve Astrofizik ve şu anda şu adreste mevcut: arXiv ön baskı sunucusu.

Makalelerinde belirttiği gibi ekip, F tipi bir yıldız (sarı-beyaz bir cüce) olan HD 114082’nin optik ve yakın kızılötesi görüntülerini çekmek için VLT üzerindeki Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) cihazına güvendi. ) Dünya’dan yaklaşık 310 ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir yıldız kümesi olan Scorpius-Erboğa birlikteliğinde bulunur. SHINE ekibi tarafından incelenen 500 yıldız gibi, HD 114082 de (gezegenlerin oluştuğu) protogezegen enkaz diskiyle çevrili genç bir yıldızdır. Son yıllarda bu disklere ilişkin gözlemler, bunların gezegen sistemlerinin ayrılmaz bir parçası olduklarını göstermiştir:

Dr. Engler’in Universe Today’e e-posta yoluyla söylediği gibi, bu araştırmalar 1983 yılına ve Vega çevresindeki ilk diskin keşfine kadar uzanıyor. O zamandan beri, Herschel Uzay Gözlemevi gibi uzay tabanlı teleskoplar ve saygıdeğer Hubble ve Atacama Büyük Milimetre-milimetre-altı Dizisi (ALMA), Gemini Gezegen Görüntüleyici gibi yer tabanlı teleskoplar kullanılarak kızılötesi dalga boylarında ve dağınık ışıkta düzinelerce araştırma yapıldı. (GMI) ve SPHERE/VLT. Açıkladığı gibi:

“Bu çalışmalar, gezegen sistemlerinin oluşumu ve evrimi hakkında değerli bilgiler sağladı, çünkü gezegenler toz malzemeden oluşuyor, içinde yaşıyor ve onunla etkileşime giriyor. Genç enkaz diskleri (ilk yüz milyon yılda) karasal gezegen oluşum süreçlerini izliyor ve bu nedenle onları incelemek, karasal gezegenlerin, özellikle de Dünya’nın genç güneş sistemindeki dinamik etkileşimini ve evrimini anlamamıza yardımcı oluyor.”

Engler ve ekibi, Sphere’i kullanarak açısal diferansiyel görüntüleme (ADI) ve polarimetrik diferansiyel görüntüleme (PDI) tekniklerini kullanarak HD 114082’yi optik ve yakın kızılötesinde gözlemledi. Birincisi, alet döndürücü kapalıyken bir irtifa azimut teleskopundan yüksek kontrastlı görüntülerin alınmasını içerir; bu, alet ve teleskop optiklerinin hizalı kalmasına ve görüş alanının alete göre dönmesine izin verir. İkincisi, ışığın farklı gelen polarizasyonlarının birleştirilmesini ve nesne tarafından iletilen veya saçılan spesifik polarizasyon bileşenlerinin ölçülmesini içerir.

Her iki teknik de yıldız ötesi enkaz diskleri çalışmasında yaygın olarak kullanıldı ve (Engler’e göre) HD 114082 hakkında bazı ilginç şeyler ortaya çıkardı:

“Görüntülerimiz, güneş sistemindeki Kuiper kuşağına çok benzeyen, ana yıldızdan 35 AU uzaklıkta parlak bir gezegenimsi kuşağı ortaya çıkardı. Enkaz kuşağı 83° eğimli ve geniş bir iç boşluğa sahip. Bu gözlemde izini sürüyoruz, 5 mikron civarında boyutlara ve 0,65 gibi nispeten yüksek bir saçılma albedosuna sahibiz; bu, gelen yıldız radyasyonunun yaklaşık üçte ikisini dağıttıkları ve yalnızca üçte birini soğurdukları anlamına gelir. maksimum %17 polarizasyon ile güneş sistemindeki kuyruklu yıldız tozunun polarizasyon değerleri ile karşılaştırılabilir.”

Ekip ayrıca, gözlemevi tarafından ilk kez 2021’de geçiş fotometrisi (Transit Metodu) kullanılarak tespit edilen bir süper Jüpiter yoldaşın varlığını doğrulamak için TESS’ten alınan verilere başvurdu. Bu verilerle tutarlı olarak Engler ve meslektaşları, gezegenin ana yıldızının yörüngesinde yaklaşık 0,7 AU’da (Venüs ile güneş arasındaki yaklaşık aynı uzaklıkta) döndüğünü doğruladı. Radyal hız ölçümlerine dayanan son gözlemler bu gezegeni doğruladı ve Jüpiter’in yaklaşık sekiz katı kütle tahminleri üretti.

Engler, “HD 114082, ev sahibi yıldıza eşlik eden gezegenlerin varlığının bir enkaz diskinin keşfinden çıkarıldığı genç gezegen sistemleri için bir örnek sunuyor” diye ekledi. “Bu, enkaz sistemlerinin genç gezegenler için yol işaretleri olduğu konusundaki teorik düşünceleri doğruluyor. Bu ve benzeri diğer gezegen sistemlerini incelemek, [astronomers] güneş dışı Kuiper kuşaklarının özellikleri ile içlerinde yaşayan gezegenler arasında bir bağlantı kurmak.”

Bu çalışmanın çıkarımları, genç yıldızların ve hala oluşum halindeki gezegen sistemlerinin incelenmesinin ötesine geçiyor. Ayrıca, bu protogezegen ortamlarıyla bazı ilginç paralellikleri olan güneş sistemimizi incelemek için de önemlidirler.

Engler, “Son on yılın doğrudan görüntüleme çalışmaları, birçok enkaz diskindeki yıldız-ötesi malzemenin, güneş sistemindeki iki enkaz kuşağına benzer şekilde halka benzeri yapılarla sınırlı olduğunu gösteriyor: Edgeworth-Kuiper kuşağı ve ana asteroit kuşağı. Güneş dışı Kuiper kuşaklarının içindeki boşluklar, çözgüler, yığınlar ve kuşak eksantriklikleri gibi enkaz tozu dağılımında izlerini bırakan görünmeyen gezegenler tarafından kıvrılıyor.”

Son olarak, bu çalışma, geliştirilmiş araçlar, görüntüleme kapasitesi ve veri paylaşım yöntemleri sayesinde mümkün olan doğrudan görüntüleme çalışmalarının artan kullanımını ve etkinliğini göstermektedir. Yakın gelecekte, yeni nesil cihazlar, daha doğru ve ayrıntılı doğrudan hayal etme çalışmalarına olanak sağlayacaktır. Bunlar, JWST ve Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi uzay tabanlı gözlemevlerini ve Son Derece Büyük Teleskop (ELT), Dev Magellan Teleskobu ve Otuz Metrelik Teleskop (TMT) gibi yer tabanlı teleskopları içerir.

Gökbilimciler, enkaz disklerindeki geometri ve asimetrik özellikleri inceleyerek, mevcut cihazlarla henüz tespit edilemeyen gezegenlerin yerlerini ve kütlelerini tahmin edebilirler. Engler, “Doğrudan görüntüleme, toz parçacıklarının uzak yıldızların etrafındaki saçılma özelliklerini incelemeyi mümkün kılıyor” diye ekledi. “Bu özellikler, parçacık bileşimi, şekli ve boyutu hakkında bilgi içerir ve böylece dış gezegenlerin yapı taşlarının bileşimi hakkında fikir edinebiliriz.”