Sanatçının, gezegenlerin oluştuğu protogezegen diski çizimi. 1 kredi
Bilim adamları, kayalık gezegenlerin oluşumu için birleşik bir teori ortaya çıkardılar.
Yeni bir kayalık gezegen oluşumu teorisi, Dünya’dan birkaç kat daha büyük olan ve galaksideki en yaygın gezegen türü olan “süper Dünyalar” ın kökenine ışık tutabilir.
Ek olarak, bu teori, sanki her sistem yalnızca bir tür gezegen üretmekle sınırlıymış gibi, tek bir gezegen sistemi içindeki süper Dünyaların neden benzer bir boyut sergileme eğiliminde olduğuna dair fikir verebilir.
“Geçtiğimiz on yılda ötegezegenlere ilişkin gözlemlerimiz arttıkça, standart gezegen oluşumu teorisinin temellerden başlayarak revize edilmesi gerektiği açık hale geldi. Caltech gezegen bilimi profesörü Konstantin Batygin, “Güneş sistemimizdeki karasal gezegenlerin oluşumunu ve aynı zamanda birçoğunun bileşimi kayalık görünen süper Dünyaların kendine benzer sistemlerinin kökenlerini aynı anda açıklayabilecek bir teoriye ihtiyacımız var” diyor. (MS ’10, Ph.D. ’12), Fransa’daki Observatoire de la Côte d’Azur’dan Alessandro Morbidelli ile yeni teori üzerinde işbirliği yaptı.
Bulguları yakın zamanda dergide yayınlandı. Doğa Astronomisi.
Gezegen sistemleri yaşam döngülerine, birkaç milyon yıl kadar bir sürede birleşen büyük gaz ve toz diskleri olarak başlar. Gazın çoğu, sistemin merkezindeki yıldızın içinde toplanırken, katı madde yavaş yavaş asteroitler, kuyruklu yıldızlar, gezegenler ve aylar halinde birleşir.
Güneş sistemimizde iki farklı gezegen türü vardır: güneşe en yakın daha küçük kayalık iç gezegenler ve güneşten daha uzak, daha büyük, su ve hidrojen açısından zengin gaz devleri. Daha önce yayınlanan bir çalışmada Doğa Astronomisi 2021’in sonunda, bu ikilik Morbidelli, Batygin ve meslektaşlarını güneş sistemimizdeki gezegen oluşumunun protogezegen diskinde iki ayrı halkada meydana geldiğini öne sürmeye yöneltti: küçük kayalık gezegenlerin oluştuğu iç halka ve daha fazlası için dış halka. devasa buzlu gezegenler (bunlardan ikisi—[{” attribute=””>Jupiter and Saturn—later grew into gas giants).
Kayalık gezegenlerin nasıl oluştuğuna dair yeni bir teori, galaksideki en bol gezegen türü olan Dünya’dan birkaç kat daha büyük bir dış gezegen sınıfı olan sözde “süper Dünyalar” ın kökenini açıklayabilir. 1 kredi
Süper Dünyalar, adından da anlaşılacağı gibi, Dünya’dan daha büyük. Hatta bazıları, neredeyse gaz devi gibi görünmelerini sağlayan hidrojen atmosferlerine sahiptir. Dahası, genellikle yıldızlarına yakın yörüngede bulunurlar, bu da onların mevcut konumlarına daha uzak yörüngelerden göç ettiklerini düşündürür.
Morbidelli, “Birkaç yıl önce, süper Dünyaların protogezegen diskinin buzlu kısmında oluştuğu ve diskin iç kenarına, yıldızın yakınına kadar göç ettiği bir model oluşturduk” diyor. “Model, süper Dünyaların kütlelerini ve yörüngelerini açıklayabilir, ancak hepsinin su açısından zengin olduğunu tahmin etti. Bununla birlikte, son gözlemler, çoğu süper Dünya’nın, bir hidrojen atmosferi ile çevrili olsalar bile, Dünya gibi kayalık olduğunu göstermiştir. Eski modelimiz için ölüm cezası buydu.
Son beş yılda, bilim adamları olarak hikaye daha da tuhaflaştı – Caltech’te astronomi profesörü Andrew Howard liderliğindeki bir ekip; Notre Dame Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Lauren Weiss; ve daha önce Caltech’te Astronomi alanında Sagan Doktora Sonrası Araştırmacısı olan ve şimdi bir profesör olan Erik Petigura UCLA— bu ötegezegenleri incelediler ve sıra dışı bir keşifte bulundular: çok çeşitli süper Dünya türleri varken, tek bir gezegen sistemi içindeki tüm süper Dünyalar yörünge aralığı, boyut, kütle ve diğer önemli özellikler.
Batygin-Morbidelli makalesiyle doğrudan bağlantılı olmayan ancak makaleyi gözden geçiren Howard, “Lauren, tek bir gezegen sistemi içinde süper Dünyaların ‘bakladaki bezelye’ gibi olduğunu keşfetti” diyor. “Temelde, yalnızca tek kütleli gezegenler yapmayı bilen ve onları birbiri ardına fışkırtan bir gezegen fabrikanız var.”
Öyleyse, güneş sistemimizdeki kayalık gezegenlerin yanı sıra tek tip kayalık süper-Dünya sistemlerini de hangi tek süreç oluşturmuş olabilir?
Batygin, “Cevap, 2020’de anladığımız ancak gezegen oluşumuna daha geniş bir şekilde uygulanmadığını fark ettiğimiz bir şeyle ilgili çıktı” diyor.
2020’de Batygin ve Morbidelli, Jüpiter’in en büyük dört uydusunun (Io, Europa, Ganymede ve Callisto) oluşumu için yeni bir teori önerdi. Özünde, belirli bir toz zerresi aralığı için, zerreleri Jüpiter’e doğru sürükleyen kuvvetin ve bu zerreleri dışarı doğru bir gaz akışında taşıyan kuvvetin (veya sürüklemenin) birbirini mükemmel bir şekilde iptal ettiğini gösterdiler. Kuvvetlerdeki bu denge, ayların müteakip oluşumu için sağlam yapı taşlarını oluşturan bir malzeme halkası yarattı. Ayrıca teori, cisimlerin gazla yönlendirilen göç nedeniyle halkadan çıkacak kadar genişleyene kadar halkada büyüyeceğini öne sürüyor. Bundan sonra, büyümeyi durdururlar, bu da sürecin neden benzer boyutlarda gövdeler ürettiğini açıklar.
Batygin ve Morbidelli yeni makalelerinde, yıldızların etrafında gezegen oluşturma mekanizmasının büyük ölçüde aynı olduğunu öne sürüyorlar. Gezegensel durumda, katı kayalık malzemenin büyük ölçekli konsantrasyonu, diskte silikat süblimasyon hattı adı verilen dar bir bantta oluşur – silikat buharlarının katı, kayalık çakıl taşları oluşturmak üzere yoğunlaştığı bir bölge.
“Eğer bir toz tanesiyseniz, diskte hatırı sayılır bir ters rüzgar hissedersiniz çünkü gaz yörüngede biraz daha yavaş döner ve siz yıldıza doğru dönersiniz; ama eğer buhar formundaysanız, genişleyen diskteki gazla birlikte basitçe dışarı doğru spiraller çizersiniz. Yani buhardan katıya dönüştüğünüz yer, malzemenin biriktiği yerdir,” diyor Batygin.
Yeni teori, bu bandı, zamanla benzer boyutta birkaç kayalık gezegen üretebilen bir “gezegen fabrikası” için muhtemel yer olarak tanımlıyor. Dahası, gezegenler yeterince kütle kazandıkça, diskle etkileşimleri bu dünyaları içe, yıldıza yaklaştırmaya yönelecektir.
Batygin ve Morbidelli’nin teorisi kapsamlı bilgisayar modellemesiyle destekleniyor ama basit bir soruyla başlıyor. Batygin, “Gezegen oluşumunun mevcut modeline baktık, gördüklerimizi yeniden üretmediğini biliyorduk ve ‘Hangi iddiayı hafife alıyoruz?’ diye sorduk.” “İşin püf noktası, herkesin doğru olarak kabul ettiği bir şeye, ama geçerli bir sebep olmaksızın bakmaktır.”
Bu durumda, varsayım, katı malzemenin ata-gezegen diskleri boyunca dağılmış olduğuydu. Batygin, bu varsayımı bir kenara atarak ve bunun yerine ilk katı cisimlerin halkalar halinde oluştuğunu varsayarak, yeni teorinin farklı gezegen sistemlerini birleşik bir çerçeve ile açıklayabileceğini söylüyor.
Kayalık halka çok fazla kütle içeriyorsa, gezegenler halkadan uzaklaşana kadar büyür ve sonuçta benzer süper Dünyalardan oluşan bir sistem ortaya çıkar. Halka az kütle içeriyorsa, güneş sistemimizin karasal gezegenlerine çok benzeyen bir sistem üretir.
Howard, “Ben bir gözlemci ve enstrüman üreticisiyim, ancak literatüre son derece dikkat ediyorum” diyor. “Az ama yine de önemli katkılardan oluşan düzenli bir damla alıyoruz. Ama her beş yılda bir, sahada sismik bir değişim yaratan bir şey ortaya çıkıyor. Bu da o gazetelerden biri.”
Referanslar: Konstantin Batygin ve Alessandro Morbidelli, 12 Ocak 2023, “Dar bir gezegenimsi halkadan kayalık süper dünyaların oluşumu”, Doğa Astronomisi.
DOI: 10.1038/s41550-022-01850-5
A. Morbidelli, K. Baillié, K. Batygin, S. Charnoz, T. Guillot, DC Rubie ve T. Kleine tarafından yazılan “İki farklı radyal konumda erken Güneş Sistemi gezegenciklerinin çağdaş oluşumu”, 22 Aralık 2021, Doğa Astronomisi.
DOI: 10.1038/s41550-021-01517-7
Çalışma Caltech, Observatoire de la Côte d’Azur, David ve Lucile Packard Vakfı, Ulusal Bilim Vakfı ve Avrupa Araştırma Konseyi tarafından finanse edildi.