Webb, beyaz cücelerin yörüngesinde dönen iki gezegeni doğrudan görüntüledi

Birkaç milyar yıl sonra güneşimiz beyaz cüceye dönüşecek. Güneş bir yıldız kalıntısı haline geldiğinde Jüpiter ve Satürn’e ne olacak? Dev gezegenler muhtemelen güneşten daha da uzaklaşacak olsa da hayat devam edebilir.

Yıldızlar hayatlarını farklı şekillerde sonlandırırlar. Bazıları sonlarını süpernovalar, yörüngedeki gezegenleri yok eden ve hatta ışık yılı uzaklıktaki gezegenleri kısırlaştıran felaket patlamaları olarak karşılıyor. Ancak yalnızca büyük yıldızlar bu şekilde patlar.

Güneşimiz süpernova olarak patlayacak kadar büyük değil. Bunun yerine kırmızı bir dev olarak vakit geçirecek. Kırmızı dev aşaması, bir yıldızın füzyonu besleyecek hidrojeni bittiğinde ortaya çıkar. Bu, gökbilimcilerin hâlâ anlamaya çalıştığı karmaşık bir süreç. Ancak kırmızı devler, gezegenimsi bulutsular olarak ışık saçan malzeme katmanlarını uzaya saçarlar. Sonunda kırmızı dev artık yoktur ve dışarı atılan tüm malzemenin ortasında yalnızca küçük ama olağanüstü derecede yoğun bir beyaz cüce bulunur.

Araştırmacılar, bazı beyaz cücelerin çevresinde, yeni nesil gezegenlerin oluşabileceği enkaz diskleri bulunduğunu düşünüyor. Ancak araştırmacılar, yıldızların ana diziden kırmızı deve ve beyaz cüceye geçişi sırasında bazı gezegenlerin hayatta kalıp kalamayacağını da merak ediyor.

Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü, Goddard Uzay Uçuş Merkezi ve diğer kurumlardaki araştırmacılar, iki farklı sistemde iki beyaz cücenin etrafında dönen iki dev gezegen gibi görünen şeyler buldular. Araştırmalarının başlığı “JWST, Metalle Kirlenmiş İki Beyaz Cüce Yıldızın Etrafındaki Dev Gezegen Adaylarını Doğrudan Görüntülüyor”. ön baskı şu anda arXiv. Baş yazar, JWST Proje Bilim Adamı Yardımcısı Susan Mullally’dir.

Teorik düşünce, beyaz cücelerin çevresinde ötegezegenlerin var olması gerektiğini gösteriyor. Güneş sistemimizde asteroit kuşağının bulunduğu yerin ötesindeki dış gezegenler, yıldızlarının ana diziden kırmızı deve ve beyaz cüceye geçişinde hayatta kalmalıdır. Ancak bu sınırın içindeki yıldızlar, genişledikçe kırmızı dev tarafından yutulacak. Güneş sistemimizde güneş muhtemelen Merkür, Venüs ve Dünya’yı tamamen yutacak veya gelgitsel olarak bozacak ve yok edecek. Belki Mars’a bile.

Kırmızı dev evresinde yıldızın kütlesini kaybetmesi ve yerçekiminin zayıflaması nedeniyle bundan sağ kurtulabilen gezegenler muhtemelen yıldızdan daha da uzaklaşacak.

Ancak sorun şu ki beyaz cücelerin etrafındaki gezegenleri tespit etmek zor. Yoğun çabalara rağmen gökbilimciler beyaz cücelerin yörüngesinde dönen gezegen büyüklüğünde yalnızca birkaç nesne buldular.

Şu anki haliyle Mullally ve meslektaşları beyaz cücelerin çevresinde iki aday gezegen buldular. Bunlar, 5,3 milyar ve 1,6 milyar yaşında olan yıldızlarından yaklaşık 11,5 ve 34,5 AU uzaklıktalar. Gezegenler yıldızlar kadar yaşlıysa, MIRI fotometrisi gezegenlerin 1 ila 7 Jüpiter kütlesi arasında olduğunu gösterir. Yanlış pozitif olabilirler, ancak durumun böyle olma ihtimali yalnızca 3.000’de 1’dir.

Yazarlar şöyle yazıyor: “Doğrulanırsa, bunlar hem yaş hem de uzaklık açısından kendi güneş sistemimizdeki dev gezegenlere benzeyen ilk doğrudan görüntülenen gezegenler olacak ve Jüpiter gibi birbirlerinden geniş ölçüde ayrılmış dev gezegenlerin yıldız evriminden sağ kurtulduklarını gösterecekler.”

Araştırmacılar haklıysa ve gezegenler yıldızlarla aynı anda oluştuysa, bu, ötegezegenler ve yörüngelerinde döndükleri yıldızlar hakkındaki anlayışımızda önemli bir sıçrama anlamına geliyor. Ayrıca bu gezegenlerin yörüngesinde olabilecek herhangi bir uydudaki yaşam üzerinde de etkileri olabilir.

Ancak bu keşif beyaz cücelerle ilgili başka bir sorunla ilgilidir: Beyaz cücenin metalikliği.

Bazı beyaz cüceler, hidrojen ve helyumdan daha ağır elementler olan metallerle kirlenmiş gibi görünüyor. Gökbilimciler bu metallerin asteroit kuşağındaki asteroitlerden geldiğini, dev gezegenler tarafından rahatsız edilerek beyaz cüceye gönderildiğini düşünüyor. Yazarlar, “Bu iki gezegen adayının gelecekteki MIRI görüntülemeyle doğrulanması, dev gezegenleri beyaz cüce yıldızlardaki metal kirliliğine doğrudan bağlayan kanıtlar sağlayacaktır” diye yazıyor.

Gökbilimciler, hidrojen atmosferine sahip izole edilmiş beyaz cücelerin %50’ye kadarının, yıldızların yüzey katmanı olan fotosferlerinde metal bulunduğunu bulmuşlardır. Bu beyaz cüceler aktif olarak çevrelerinden metal topluyor olmalı. Bu metaller için tercih edilen kaynak asteroitler ve kuyruklu yıldızlardır.

Yazarlar şöyle yazıyor: “Bu senaryoda, kırmızı dev aşamasında hayatta kalmayı başaran gezegenler zaman zaman asteroitlerin ve kuyruklu yıldızların yörüngelerini bozuyor ve bunlar daha sonra WD’ye doğru düşüyor.”

Gökbilimciler WD’lerin etrafındaki gezegenleri bulmakta zorlandılar. Gezegen bulmanın ana yöntemleri beyaz cücelerin çevresinde pek etkili değildir. Kepler ve TESS’in kullandığı geçiş yöntemi etkisizdir çünkü WD’ler çok küçük ve sönüktür. Diğer yöntem ise radyal hız yöntemidir. Bir yıldızın bir gezegenin etkisiyle nasıl sallandığını algılıyor. Sallanma nedeniyle yıldızın spektrumundaki değişimi ölçer. Bununla birlikte, WD’lerin neredeyse özelliksiz spektrumları vardır ve bu da radyal değişikliklerin tespit edilmesini zorlaştırır.

Ama artık JWST’miz var.

Araştırmacılar makalelerinde şöyle yazıyor: “JWST’nin kızılötesi yetenekleri, yakındaki WD’lerin yörüngesinde bulunan Jüpiter kütleli gezegenleri doğrudan görüntülemek için eşsiz bir fırsat sunuyor.”

JWST, gezegenler yıldızdan yeterince uzakta olduğu sürece, koronagraf kullanmadan küçük yıldızların etrafındaki büyük gezegenleri doğrudan görüntüleyecek kadar güçlüdür. Mullally ve meslektaşları şöyle açıklıyor: “JWST’nin üstün çözünürlüğünden yararlanarak, bir koronagraf kullanmadan yakındaki WD’lerden yalnızca birkaç au uzaklıktaki bir gezegeni doğrudan görüntülemek mümkündür.”

Bu çalışmadaki çabanın bir kısmı nokta kaynaklarının belirlenmesidir. Astronomide nokta kaynağı tek, tanımlanabilir bir ışık kaynağıdır. Bunun tersi çözümlenmiş bir kaynak veya genişletilmiş bir kaynaktır. Araştırmacıların, beyaz cücelerin etrafında gördükleri şeyin nokta kaynaklar olduğundan emin olmaları gerekiyordu; bunlar bu durumda büyük olasılıkla gezegenlerdir. “Bunların daha uzun dalga boylarında parlaklığı artan nokta kaynaklar olarak görünmesini bekliyoruz” diye yazıyorlar.

Gökbilimciler, gördüklerinin nokta kaynakları olup olmadığını belirlemek için referans diferansiyel görüntüleme adı verilen bir süreç kullanıyor. Bu karmaşık bir prosedür, ancak temel olarak kaynakların görüntülerden çıkarılmasını içeriyor. Özellikle yıldızlara yakın gezegenleri bulmada etkilidir.

Yukarıdaki şekil, ekibin görüntüler üzerinde nasıl çalıştığını, hem beyaz cüceyi hem de aday gezegenleri çıkararak ve gezegenleri nokta kaynaklar olarak tanımlayarak nasıl çalıştığını gösteriyor. Yazarlar, “Her iki durumda da adayın temiz bir şekilde çıkarılması, doğası gereği nokta kaynaklı olduğunu gösteriyor” diye yazıyor. Araştırmacılar dört ayrı beyaz cüceyi incelediler ve bunlardan sadece iki tanesinin aday ötegezegenlere sahip olduğu görüldü.

Yazarlar, “Doğrulanırsa, bu iki gezegen adayı, Jüpiter gibi dıştaki dev gezegenlerin düşük kütleli yıldızların evriminden sağ kurtulduklarına dair somut gözlemsel kanıtlar sağlayacak” diye yazıyor. Doğrulama aynı zamanda beyaz cücelerin %25 ila %50’sinin büyük gezegenlere ev sahipliği yaptığı fikrini de destekleyecektir. Bu, anlayışta ileriye doğru atılmış büyük bir adımdır.

Ancak bu sonuçlar ne yazık ki başka bir soruyu yanıtlayamıyor: Beyaz cücelerin yüzeyine enkaz gönderilmesinden büyük gezegenler mi sorumlu? Mullally ve ortak yazarları şöyle yazıyor: “Ancak bu gezegenlerin doğrulanması, büyük kütleli dev gezegenlerin daha fazla gözlem yapılmadan yığılmanın itici gücü olduğunu tam olarak doğrulamak için yeterli değildir.”

Bu sorunun cevabı ancak daha fazla beyaz cücenin, özellikle de JWST ile gözlemlenmesiyle elde edilebilir. Umarım uzun süre beklemek zorunda kalmayız.