Bilim insanları ötegezegen Gliese 367 b’nin muhtemelen katı bir metal top olduğuna inanıyor

Doğanın kapsamını anlamadan doğayı anlayamayız. Bu, dış gezegen biliminde ve gezegen oluşumu teorilerimizde açıkça görülüyor. Doğanın aykırı değerleri ve tuhaflıkları modellerimiz üzerinde baskı oluşturuyor ve bilim adamlarını daha derine inmeye motive ediyor.

Gliese 367 b (ya da Tahay) kesinlikle tuhaf bir model. Yıldızının etrafında sadece 7,7 saatte dönen bir Ultra Kısa Dönem (USP) gezegenidir. 5.000’den fazla dış gezegen kataloğumuzda neredeyse 200 başka USP gezegeni daha var; dolayısıyla Gliese 367 b bu bakımdan benzersiz değil. Ancak bu başka bir açıdan da aykırı bir durum: Aynı zamanda aşırı yoğun bir gezegen; neredeyse Dünya’nın iki katı kadar yoğun.

Bu, neredeyse saf demir olması gerektiği anlamına gelir.

Gökbilimciler Tahay’ı 2021 yılına ait TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) verilerinde buldu. Ancak yeni araştırma içinde Astrofizik Günlük Mektupları geliştirilmiş ölçümlerle tuhaf gezegenin kütlesini ve yarıçapını hassaslaştırıyor. Ayrıca gezegen için iki kardeş buldu. Araştırmanın başlığı “Ultra Yüksek Yoğunluklu, Ultra Kısa Süreli Yeraltı GJ 367 b Şirketi: 11,5 ve 34 Günde İki Ek Düşük Kütleli Gezegenin Keşfi”. Baş yazar, doktora derecesine sahip Elisa Goffo’dur. Torino Üniversitesi Fizik Bölümü öğrencisi.

TESS, Gliese 367 b’yi 2021 yılında, Gliese 367 adlı kırmızı cüce yıldızdan gelen son derece zayıf bir geçiş sinyali tespit ettiğinde buldu. Sinyal, TESS tespit kapasitesinin sınırlarındaydı, dolayısıyla gökbilimciler onun Dünya gibi küçük olduğunu biliyorlardı.

2021 çalışmasının bir parçası olarak araştırmacılar, G 367 b’nin kütlesini ve yoğunluğunu belirlemek için Avrupa Güney Gözlemevi’ndeki Yüksek Doğruluklu Radyal Hız Gezegen Arama Aracı (HARPS) spektrografını kullandı. Gezegenin yarıçapının Dünya’nın yüzde 72’si, kütlesinin ise yüzde 55’i kadar olduğu belirlendi. Bu, muhtemelen bir zamanlar çok daha büyük bir gezegenin kalan çekirdeği olan demir bir gezegen olduğu anlamına geliyor.

Şimdi hızla ilerleyelim ve Goffo ve meslektaşlarının yeni araştırmasına geçelim.

Ayrıca küçük gezegeni ölçmek için HARPS’ı kullandılar. Bu sefer G 367 b’nin 371 HARPS gözlemini kullandılar. Bu sonuçlar, gezegenin 2021 yılında yapılan araştırmada bulunandan bile daha yoğun olduğunu gösteriyor. Bu yeni araştırma, gezegenin Dünya kütlesinin %55’i yerine, Dünya’nın kütlesinin %63’ü olduğunu ortaya koyuyor. Yarıçapı da Dünya’nın %72’sinden Dünya’nın %70’ine küçüldü.

Özetle G 367 b’nin Dünya’nın iki katı kadar yoğun olduğu ortaya çıkıyor. Gezegen nasıl bu hale geldi? Şu anki haliyle oluşmuş olması pek mümkün değil. Bunun yerine, muhtemelen kayalık mantosu soyulmuş bir gezegenin çekirdeğidir.

Baş yazar Goffo, “GJ 367 b’yi kayalık mantosu sıyrılmış Dünya benzeri bir gezegene benzetebilirsiniz” dedi. “Bunun GJ 367 b’nin oluşumu üzerinde önemli etkileri olabilir. Gezegenin, silikat açısından zengin bir manto ile çevrelenmiş, çoğunlukla demirden yapılmış yoğun bir çekirdeğe sahip, Dünya gibi oluşmuş olabileceğine inanıyoruz.”

Küçük gezegenin mantosunu kaybetmesi için olağanüstü bir şey olmuş olmalı. Goffo, “Felaket niteliğinde bir olay gezegenin kayalık mantosunu sıyırıp gezegenin yoğun çekirdeğini çıplak bırakabilirdi” diye açıkladı. Kendisi ile henüz oluşmaya devam eden diğer protogezegenler arasındaki erken dönemdeki çarpışmalar, gezegenin dış katmanını ortadan kaldırmış olabilir.

Goffo’ya göre bir başka olasılık da, küçük USP’nin proto-gezegen diskinin alışılmadık derecede demir açısından zengin bir bölgesinde doğmuş olmasıdır. Ancak bu pek mümkün görünmüyor.

Üçüncü bir olasılık daha var ve bu olasılık ilk olarak gökbilimciler 2021’de G 367 b’yi keşfettiklerinde düşünülmüştü. Bu, Neptün gibi bir zamanlar devasa bir gaz devinin kalıntısı olabilir. Durumun böyle olması için gezegenin yıldızdan daha uzakta oluşması ve daha sonra içeriye göç etmesi gerekirdi. Artık yıldızına o kadar yakın ki, kırmızı cüceden gelen yoğun ışınım atmosferi kaynatıp yok ederdi.

G 367 b, süper Merkür adı verilen çok küçük bir ötegezegen sınıfındadır. Bileşimleri Merkür’le aynıdır ancak daha büyük ve daha yoğundurlar. (Nadir olmalarına rağmen bunlardan iki tane olan bir sistem var.) Merkür, G 367 b’nin uğradığı kaderin aynısını yaşamış olabilir. Bir zamanlar daha fazla manto ve kabuğa sahip olabilir, ancak darbeler onu yok etti.

Ancak süper Merkürler arasında bile G 367 b öne çıkıyor. Bildiğimiz en yoğun USP. Yeni makalede şöyle belirtiliyor: “Kesin kütle ve yarıçap tahminlerimiz sayesinde, GJ 367 b’nin potansiyel iç bileşimini ve yapısını araştırdık ve kütle oranı 0.91 olan bir demir çekirdeğe sahip olmasının beklendiğini bulduk.”

Peki bu sistemde ne oldu? G 367 b nasıl bu duruma geldi ve yıldızına bu kadar yakın oldu?

Araştırmacılar ayrıca bu sistemde iki gezegen daha buldular: G 367 c ve d. Gökbilimciler, USP gezegenlerinin neredeyse her zaman birden fazla gezegenin bulunduğu sistemlerde bulunduğunu düşünüyor, dolayısıyla bu yeni araştırma bunu güçlendiriyor. TESS bu gezegenleri yıldızlarının yanından geçmedikleri için tespit edemedi. Ekip bunları HARPS gözlemlerinde buldu ve onların varlığı olası oluşum senaryolarını sınırlıyor.

“HARPS spektrografı ile yaptığımız yoğun gözlemler sayesinde, yörünge periyotları 11,5 ve 34 gün olan iki düşük kütleli gezegenin daha varlığını keşfettik; bu da bu kadar yoğun bir gezegenin oluşumuna yol açabilecek olası senaryoların sayısını azaltıyor. ” dedi ortak yazar Torino Üniversitesi Profesörü Davide Gandolfi.

Eş gezegenler de yıldıza yakın yörüngede dönüyor ancak daha düşük kütlelere sahipler. Bu, herhangi birinin demir açısından zengin bir ortamda oluştuğu fikri üzerinde baskı oluşturuyor ancak onu ortadan kaldırmıyor. Gandolfi bir basın açıklamasında, “GJ 367 b demir açısından zengin bir ortamda oluşmuş olsa da, dev gezegen çarpışmaları gibi şiddetli olayları içeren bir oluşum senaryosunu göz ardı etmiyoruz” dedi.

Makalelerinin sonuç bölümünde ekip, olası oluşum senaryolarını biraz daha derinlemesine inceliyor.

Oluşum senaryosunda, Gliese 367 etrafındaki protogezegen diskinin demir açısından zengin bir bölgeye sahip olması gerekir. Ancak gökbilimciler bu tür demir açısından zengin bir bölgenin var olup olmadığını bile bilmiyorlar.

“Olası yollar, protoplanetary disklerde normal olarak mevcut olduğu düşünülenden önemli ölçüde daha fazla demir açısından zengin malzemenin oluşumunu içerebilir. Ancak bu kadar büyük bir bağıl demir içeriğine sahip disklerin özellikle iç kenara yakın olup olmadığı (maddenin çoğunun burada olduğu) açık değildir. ‘dan elde edilebilir)’ diye yazıyorlar.

Aslında 2020’de yapılan ayrı bir araştırma, gezegen oluşumuna ilişkin çalışmalarının “Merkür’ün oluşumunu açıklamak için gereken Fe’deki aşırı zenginleşmeleri yeniden üretmede başarısız olduğunu” söyledi. Disk modelleri demir açısından zengin Merkür’ün nasıl oluştuğunu açıklayamıyorsa, G 367 b’nin nasıl oluştuğunu da açıklayamaz.

Bunun yerine, gezegenin oluştuğunda farklı olduğu ve daha sonra zaman içinde şu anki şeklini aldığı daha muhtemel. Çarpışmalı soyulma, bir gezegenin dış malzemesinin bir veya daha fazla çarpışma sonucu ortadan kaldırılmasıdır. Farklılaşmış gezegenlerde dış malzeme iç malzemeden daha az yoğun olduğundan, tekrarlanan çarpışmalar, daha hafif malzemenin kaldırılmasıyla G 367 b’nin kütle yoğunluğunu arttırmış olabilir.

Ama bununla ilgili en azından bir sorun var. Yazarlar şöyle yazıyor: “GJ 367 b’nin yığın yoğunluğuna ilişkin ölçümümüz, çarpışmaya dayalı sıyırma işleminin, eğer işleyen tek süreçse, gezegenden demir olmayan malzemenin uzaklaştırılmasında oldukça etkili olması gerektiğini gösteriyor.” Son derece etkili, ancak imkansız değil.

Yani üç olasılık var: Gezegenin demir açısından zengin bir ortamda oluşması, gezegenin bir zamanlar daha büyük olması ve çarpışmalar sonucu dış katmanlarını kaybetmesi ya da gezegenin, bir zamanlar devasa bir gaz devinin Dünya’ya çok yakına göç eden arta kalan çekirdeği olması. yıldızı ve gazlı zarfı soyulmuştu.

Belki bir tanesinde yetinmemize gerek yoktur. Yazarlar, “Elbette, yukarıda tartışılan süreçlerin tümü, GJ 367 b olarak bilinen neredeyse saf demir topunun yaratılmasına katkıda bulunmuş olabilir” diye yazıyor.

Artık sahip olduğumuz tek şey olasılıklardır. Sistem bir bulmaca gibidir ve bunu çözmek gökbilimcilere kalmıştır. Alışılmadık özellikleri onu bir aykırı değer haline getiriyor ve bilim adamları aykırı değerleri seviyor çünkü onları daha derine inmeye motive ediyor. Eğer mevcut teorilerimiz bu tuhaflıkları açıklayamıyorsa, teorilerimizin iyileştirilmesi gerekiyor demektir.

Araştırmacılar, “Bu ultra yüksek yoğunluklu USP alt Dünya’yı barındıran bu eşsiz çok gezegenli sistem, USP sistemlerinin oluşum ve göç senaryolarını daha fazla araştırmak için olağanüstü bir hedeftir” sonucuna varıyor.