Gökbilimciler hangi dış gezegenlerin suya sahip olma ihtimalinin yüksek olduğunu hesaplıyor

Gökbilimciler, yıldızlarının yaşanabilir bölgelerinde yörüngede dönen yaklaşık 60 kayalık ötegezegen olduğunu biliyor. Bu gezegenlerin ne kadar yaşanabilir olabileceğini belirlemeye çalıştıklarında atmosferlerindeki suyun tespit edilmesi büyük rol oynuyor. Peki ya bu dünyalardaki su içeriğini ölçmenin başka bir yolu olsaydı?

Araştırmacılar, ne kadar suya sahip olduklarını belirlemek için bu dünyaları modellemenin bir yolunu geliştiriyorlar.

Anlayabildiğimiz kadarıyla yaşanabilirlik muhtemelen yüzey suyu gerektirir. Ancak yüzey suyunu tespit etmek neredeyse imkansızdır. Bir sonraki en iyi şey, dış gezegen atmosferlerini tespit etmek ve karakterize etmek için James Webb Uzay Teleskobu gibi sahip olduğumuz araçları kullanmaktır. Ancak JWST’nin gücüne rağmen her ötegezegenin atmosferini inceleyemiyor. Bazıları ulaşamayacağı yerdedir. Ancak araştırmacılardan oluşan bir ekip, dış gezegenler, gelgit ısınması ve radyojenik ısınma hakkında bildiklerimizi kullanarak hangi dış gezegenlerin yüzeyde veya yüzeyin altında okyanuslara sahip olabileceğini belirlemeye çalışıyor.

Bilim adamlarından oluşan ekip, yaşanabilir bölgelerdeki kayalık dış gezegenlerin listesini inceledi ve bunların kalın, yüzey veya yüzey altı okyanus katmanına sahip olma olasılığını belirlemek için modelleme kullandı. Sonuçlarını baskı öncesi sunucusunda yayınladılar arXiv ” başlıklı bir yazıdaYaşanabilir bölgedeki kayalık dış gezegenlerin su içeriği.” Baş yazar, Konkoly Gözlemevi’nden ve Budapeşte, Macaristan’daki HUN-REN Astronomi ve Yer Bilimleri Araştırma Merkezi’nden Adam Boldog’dur.

Ötegezegen bilim adamlarının karşılaştığı engellerden biri, M-cüce yıldızların veya kırmızı cücelerin çoğalmasıdır. Samanyolu’ndaki yıldızların yarısı kırmızı cüce olabilir ve yaşanabilir bölgelerdeki kayalık gezegenlerin çoğunu burada bulduk. Ancak kırmızı cüceler önemli miktarda parlama sergiliyor ve bazen bu parlama, güneşimizin ürettiği herhangi bir şeyden çok daha güçlü oluyor.

Kırmızı cüceler güneş benzeri yıldızlar kadar parlak olmadıkları için yaşanabilir bölgeleri yıldıza çok daha yakındır. Bu, yaşanabilir bölgelerindeki dış gezegenlerin atmosferlerinin kırmızı cücenin güçlü parlaması nedeniyle yok olabileceği anlamına geliyor. Atmosfer gittikten sonra yüzey suyunun da takip edeceği kesindir.

Bu durumlarda gezegen, atmosfer olmasa bile hâlâ yaşamı destekleyebilir. Kırmızı cücelerin yaşanabilir bölgelerindeki kayalık gezegenlerin yüzeyinde olmasa da bol miktarda sıvı su bulunması mümkündür. Daha çok güneş sistemimizin okyanus uyduları Europa, Enceladus ve diğerlerine benzeyebilirler. Bol miktarda suya sahipler, hatta bazı durumlarda Dünya’dakinden daha fazla. Ancak yüzey suları yoktur ve yalnızca son derece ince atmosferleri vardır. JWST’nin atmosferik spektroskopisi bize bu tür dünyalar ve bunların okyanusları olup olmadığı hakkında fazla bilgi veremez.

Yazarlar, “Bu nedenle, bir atmosferin varlığına dayanmayan dış gezegenlerin yaşanabilirliğini araştırmanın diğer olası yollarını araştırmak önemlidir” diye açıklıyor.

Yazarlar, “Bu çalışmada, büyük miktarda suya sahip olabilecekleri belirlemek amacıyla kayalık ötegezegenlerin içlerini araştırdık” diye yazıyor. “Dört farklı katman (bir demir çekirdek, bir kaya mantosu, bir yüksek basınçlı buz tabakası ve bir yüzey buz/su tabakası) varsayarak 28 kayalık ötegezegenin içlerini modelledik.”

Gezegenin yapısının yanı sıra ısı bütçesi de sıvı su içeriğinde büyük rol oynuyor. Bir gezegenin ısı üretmesinin iki yolu vardır. Bunlardan biri, gezegenin mantosu ve kabuğundaki uranyum, toryum ve potasyum izotoplarının radyoaktif bozunmasından kaynaklanan radyojenik ısıdır. Diğeri ise gezegenin yörüngesi ve dönüşünden kaynaklanan sürtünmeden kaynaklanan gelgit ısınmasıdır. Araştırmacılar her ikisinin de olası miktarlarını modellerine dahil ettiler.

Yazarlar şöyle açıklıyor: “Hem gelgit hem de radyojenik ısınmanın etkisini hesaba katarak bu gezegenlerde kalın bir okyanus tabakasının bulunma olasılığını tahmin ettik.”

Araştırmada yer alan gezegenlerin bazıları iyi biliniyor. Proxima Centauri b, Dünya’ya en yakın dış gezegendir ve bu da onu yoğun bir spekülasyon ve araştırma nesnesi haline getirmektedir. TRAPPIST-1 gezegenleri birkaç yıl önce keşfedildiğinde manşetlere çıkmıştı. TOI 700d de dahil olmak üzere diğerleri, Dünya büyüklüğündeki ilgi çekici ötegezegenlerdir.

Araştırmacılar, modellemelerinde dış gezegen yapısını, kayalık dış gezegenlerin bir demir çekirdeğe, kayalık bir mantoya, yüksek basınçlı buz polimorflarından (HPP) oluşan bir katmana ve bir yüzey buz/su katmanına sahip olabileceğini gösteren önceki çalışmalara dayandırdılar.

Araştırmacılar, her gezegenin kütlesine ve yarıçapına dayanarak 28 gezegenin her biri için su kütlesi oranlarını belirlediler. Bu, her gezegenin kütlesinin ne kadarının su olduğunun bir ölçüsüdür. Modelleme, her gezegen için bir dizi su kütlesi fraksiyonuna ulaştı.

Bazı gezegenlerin girdi kütlesi ve boyutları diğerlerinden daha kesindir ve bunun sonucunda ortaya çıkan H₂O kütle fraksiyonları nispeten dar bir aralıkta yoğunlaşmıştır; H₂O en büyük olasılıklarda dağılımda zirveyi gösteren kütle kesirleri.

“Renk ve sayılar, belirli bir H dahilinde iç yapılarla sonuçlanan tüm modellenmiş iç mekanların fraksiyonunu gösterir.₂Yazarlar şöyle açıklıyor: “Kütle kesir aralığı çok fazla sayıda iç kısım yüksek H’ye sahip olsaydı₂Belirli bir gezegen için kütle kesirleri, şekildeki değerlerde ve daha açık renklerde daha yüksek kütle kesir aralıklarına doğru bir kayma olarak görünür.”

Araştırmacılar, örneklerindeki 28 gezegenin tamamının küresel buz veya su yüzeylerine sahip olabileceğini buldu. Bazılarının atmosfere bile ihtiyacı yok.

“Sonuçlarımız tüm bu gezegenlerin yeterince büyük H’ye sahip olabileceğini gösteriyor₂Araştırmacılar şöyle yazıyor: “Kütle kesirleri küresel buz/su yüzeylerine sahip olacak.” “Yüzey sıcaklıkları buzun erime noktasının üzerinde olan ve büyük su kütlesi kesirlerine sahip gezegenler, atmosferin varlığından bağımsız olarak küresel okyanuslara sahip olabilir.”

Araştırmaya göre yüzey sıcaklıkları erime noktasının altında olan gezegenlerde hâlâ su olabilir ancak buzla kaplı olabilir. “Bu kütlelerdeki iç ısı akışı, HES katmanında erimeye neden olacak kadar yüksekse, bu dünyalar yer altı sıvı su rezervlerini barındırabilir” diye açıklıyorlar.

Araştırmanın ilgi çekici sonuçları arasında TRAPPIST-1 gezegenleri yer alıyor. Araştırmadaki diğer 28 gezegenin bazılarından daha doğru verilere sahip olduğumuz için araştırmacılar, sonuçlarının doğru olma ihtimalinin daha yüksek olduğunu söylüyor. “Modellenen TRAPPIST-1 gezegenlerinin tümü muhtemelen H’yi uzatmış₂Ey katmanlar” diye açıklayan yazarlar, yaşanabilirliği değerlendirmek için bu katmanların doğasının belirlenmesi gerektiğini ekliyor.

28 gezegenin bazılarında o kadar çok su var ki bunlar okyanus gezegenleri olabilir. Bu durumlarda su buharı, yüzey okyanuslarını korumaya yetecek kadar atmosferik basınç sağlayabilir. “Sonuçlarımız Kepler-62 f, Kepler-452 b ve Kepler-442 b’nin okyanus dünyası sınıfının üyeleri olabileceğini gösteriyor.”

Araştırmanın, yazarların hemen işaret ettiği bazı zayıf noktaları var. Öncelikle, diğer güneş sistemlerindeki dünyalardaki radyojenik ısınmaya ilişkin anlayışımız, güneş sistemimizden yapılan bir genellemeye dayanmaktadır. Diğer güneş sistemlerindeki kayalık gezegenlerde çok daha fazla veya çok daha az radyojenik elementler bulunabilir.

Gelgit ısınması da benzer şekilde belirsizdir. Yazarlar şöyle açıklıyor: “Gelgit ısınmasının, gezegenin evrimi sırasında değişen gezegen yörüngesinin eksantrikliğine güçlü bir şekilde bağlı olduğunu belirtmekte fayda var.” Eksantrik yörüngelerdeki gezegenler gelgit ısınmasına maruz kalır. Ancak yıldızlarına yakın gezegenler sonunda dairesel yörüngelere doğru hareket ederler ve bu da ısı kaynağını ortadan kaldırabilir.

Bu sonuçların bazıları doğruysa, düşündüğümüzden daha fazla yeraltı okyanusuna sahip dünya olabilir. Kim bilir? Belki tuhaf olan Dünya’dır.

Yazarlar şu sonuca varıyor: “Yeraltı okyanusları yaşamın gelişimi için mükemmel alanlar olabilir, ancak bunu mevcut teknolojimizle gözlemlemek zor olabilir.”

Bunun gibi çalışmalar doğrudan gözlemin yerini alamaz, ancak tarih, bunların bilim insanlarının düşüncesini geliştirmede ne kadar önemli olduğunu gösteriyor. Her ne kadar bu gezegenleri okyanusları olup olmadığını kesin olarak belirleyecek kadar iyi gözlemleyemesek de, en azından bilim insanları bildiklerini alıp bir cevap üzerinde çalışabilirler.