Su Buharı Gezegen Oluşumunun Hikayesini Nasıl Yeniden Yazıyor?

Genç bir yıldızın etrafındaki gezegen oluşturan diskte su buharı keşfedildi; bu, gezegen oluşumuna olanak sağlayan koşulları ve gezegen bileşimi üzerindeki potansiyel etkileri ortaya çıkardı.

Araştırmacılar genç bir yıldızın etrafındaki diskte tam olarak gezegenlerin oluşabileceği yerde su buharı buldular. Su, Dünya’daki yaşam için önemli bir bileşendir ve aynı zamanda gezegen oluşumunda da önemli bir rol oynadığı düşünülmektedir. Ancak şu ana kadar suyun sabit, soğuk bir diskte (yıldızların etrafında gezegenlerin oluşması için en uygun koşulları sunan disk türü) nasıl dağıldığının haritasını çıkaramamıştık. Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi sayesinde yeni bulgular mümkün oldu (ALMA), Avrupa Güney Gözlemevi’nin (ESO) ortaktır.

ALMA ile Şaşırtıcı Gözlemler

29 Şubat’ta yayınlanan araştırmaya liderlik eden İtalya’nın Milano Üniversitesi’nden gökbilimci Stefano Facchini, “Bir gezegenin oluşma ihtimalinin olduğu bölgede su buharı okyanuslarının görüntüsünü yakalayabileceğimizi hiç düşünmemiştim” diyor. içinde Doğa Astronomi. Gözlemler, Boğa takımyıldızında, Dünya’dan 450 ışıkyılı uzaklıkta bulunan, Güneş benzeri genç yıldız HL Tauri’nin iç diskinde, Dünya’nın tüm okyanuslarında bulunan suyun en az üç katı kadar su olduğunu ortaya koyuyor.

Gökbilimciler genç bir yıldızın etrafındaki diskte tam olarak gezegenlerin oluşabileceği yerde su buharı buldular. Bu görüntüde, ESO’nun ortak olduğu Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizgesi’nden (ALMA) alınan yeni gözlemler, su buharını mavinin tonlarında göstermektedir. Genç yıldızın yaşadığı diskin merkezine yakın çevre daha sıcak ve gaz daha parlaktır. Kırmızı renkli halkalar, yıldızın etrafındaki toz dağılımını gösteren önceki ALMA gözlemleridir. Katkıda bulunanlar: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Facchini ve ark.

İtalya’nın Bologna Üniversitesi’nden gökbilimci olan ortak yazar Leonardo Testi, “Bizden 450 ışıkyılı uzaklıktaki su buharını yalnızca tespit etmekle kalmayıp aynı zamanda ayrıntılı görüntüler yakalayabilmemiz ve su buharını mekansal olarak çözebilmemiz gerçekten dikkate değer” diye ekliyor. ALMA ile yapılan ‘uzaysal olarak çözümlenmiş’ gözlemler, gökbilimcilerin diskin farklı bölgelerindeki suyun dağılımını belirlemesine olanak tanıyor. Katıldığı sırada yüksek lisans öğrencisi olan Belçika’nın Liège Üniversitesi’nden Mathieu Vander Donckt şöyle ekliyor: “İkonik HL Tauri diskinde böylesine önemli bir keşifte yer almak, astronomi alanındaki ilk araştırma deneyimim için beklediğimin ötesindeydi.” araştırmada.

ALMA’dan HL Tauri’nin Protoplanetary Diski. Uzak yıldızların etrafındaki kızılötesi ışıkta görülen “ALMA diskleri” olarak adlandırılan diskler. Kredi: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NSF

Gezegen Oluşumunda Suyun Rolü

HL Tauri diskinde bilinen bir boşluğun bulunduğu bölgede önemli miktarda suya rastlandı. Halka şeklindeki boşluklar, malzeme toplayıp büyürken yörüngede dönen genç gezegen benzeri cisimler tarafından gaz ve toz açısından zengin disklerde oyuluyor. Facchini, “Son görüntülerimiz, yıldızdan, şu anda potansiyel olarak bir gezegenin oluşabileceği bir boşluk da dahil olmak üzere, belirli mesafelerde önemli miktarda su buharını ortaya koyuyor” diyor. Bu, bu su buharının o bölgelerde oluşan gezegenlerin kimyasal bileşimini etkileyebileceğini düşündürmektedir.

Bu görüntü HL Tauri’nin bulunduğu bölgeyi göstermektedir. HL Tauri, Dünya’ya en yakın yıldız oluşum bölgelerinden birinin parçasıdır ve çevresinde çok sayıda genç yıldızın yanı sıra toz bulutları da bulunmaktadır. Bu resim Sayısallaştırılmış Gökyüzü Araştırması 2’nin bir parçasını oluşturan görüntülerden oluşturulmuştur. Kredi: ESO/Digitized Sky Survey 2

Yere konuşlu bir teleskopla suyu gözlemlemek hiç de kolay bir iş değil, çünkü Dünya’nın atmosferindeki bol miktardaki su buharı astronomik sinyalleri bozuyor. ESO tarafından uluslararası ortaklarıyla birlikte işletilen ALMA, Şili’deki Atacama Çölü’nde yaklaşık 5000 metre yükseklikte bulunan, özellikle bu bozulmayı en aza indirgemek ve olağanüstü gözlem koşulları sağlamak için yüksek ve kuru bir ortamda inşa edilmiş bir dizi teleskoptur. Profesörlerden ortak yazar Wouter Vlemmings, “Bugüne kadar ALMA, serin bir gezegen oluşturan diskteki suyu mekansal olarak çözebilen tek tesistir” diyor. Chalmers Teknoloji Üniversitesi isveçte.^[1]

Bu video sizi Dünya’dan 450 ışıkyılı uzaklıkta, Boğa takımyıldızındaki HL Tauri’nin konumuna götürüyor. Dizinin başlangıcı, Ülker ve Hyades’in çıplak gözle görülebilen yıldız kümelerini de içeren geniş bir görünümü gösteriyor. Daha sonra çok ayrıntılı bir görünür ışık görüntüsünü yakınlaştırır. NASA/ESA Hubble uzay teleskobu ve HL Tauri diskindeki su buharının ALMA gözlemleriyle sona eriyor. Katkıda bulunanlar: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/N. Yükselen (skysurvey.org). Müzik: Astral Elektronik

Gelecekteki Araştırmalar İçin Çıkarımlar

Çalışmaya katılan ESO gökbilimcilerinden Elizabeth Humphreys, “Buzlu toz parçacıklarından su moleküllerinin salındığına bir fotoğrafta doğrudan tanık olmak gerçekten heyecan verici” diyor. Bir diski oluşturan toz taneleri, çarpışan ve yıldızın etrafında dönen giderek daha büyük cisimlere dönüşen gezegen oluşumunun tohumlarıdır. Gökbilimciler, suyun toz parçacıkları üzerinde donmasına yetecek kadar soğuk olduğunda nesnelerin birbirine daha verimli bir şekilde yapıştığına inanıyor; bu, gezegen oluşumu için ideal bir nokta. Facchini, “Sonuçlarımız, tıpkı 4,5 milyar yıl önce kendi Güneş Sistemimizde olduğu gibi, suyun varlığının bir gezegen sisteminin gelişimini nasıl etkileyebileceğini gösteriyor” diye ekliyor.

ALMA’da gerçekleşen yükseltmeler ve ESO’nun Aşırı Büyük Teleskobu’nun (ELT) on yıl içinde devreye girmesiyle birlikte, gezegen oluşumu ve suyun bunda oynadığı rol her zamankinden daha net hale gelecek. Özellikle, Orta-kızılötesi ELT Görüntüleyici ve Spektrograf olan METIS, gökbilimcilere, Dünya gibi gezegenlerin oluştuğu gezegen oluşturan disklerin iç bölgelerine ilişkin rakipsiz görüntüler sunacak.

HL Tauri, olağanüstü tozlu bir diskle çevrelenmiş genç bir yıldızdır. Bu görüntüde gösterilen ünlü Toros (Boğa) takımyıldızında, çıplak gözle görülebilen Ülker ve Hyades yıldız kümelerine yakın bir konumda yer almaktadır. Bu yıldız küçük teleskoplarla görülemeyecek kadar sönüktür. Katkı Sağlayanlar: ESO, IAU ve Sky & Telescope

Notlar

1. Yeni gözlemlerde ALMA’daki Band 5 ve Band 7 alıcıları kullanıldı. Bant 5 ve 7, ESO’nun katılımıyla sırasıyla Chalmers/NOVA (Hollanda Astronomi Araştırma Okulu) ve IRAM’da (Institut de Radioastronomie Millimétrique) Avrupa’daki gelişmelerdi. Band 5, ALMA’yı özellikle yerel Evrendeki suyu tespit etmek ve görüntülemek için yeni bir frekans aralığına genişletti. Bu çalışmada ekip, disk içindeki farklı sıcaklıklardaki gazın haritasını çıkarmak için iki alıcı frekans aralığında üç spektral su hattı gözlemledi.

Referans: Stefano Facchini, Leonardo Testi, Elizabeth Humphreys, Mathieu Vander Donckt, Andrea Isella, Ramon Wrzosek, Alain Baudry, Malcom D. Gray, Anita MS Richards tarafından yazılan “HL Tau diskinin iç astronomik birimlerindeki suyun çözümlenmiş ALMA gözlemleri” ve Wouter Vlemmmings, 29 Şubat 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02207-w

Ekip, S. Facchini (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, İtalya), L. Testi (Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi”, Università di Bologna, İtalya), E. Humphreys (Avrupa Güney Gözlemevi)’den oluşmaktadır. , Almanya, Ortak ALMA Gözlemevi, Şili; Avrupa Güney Gözlemevi Vitacura, Şili), M. Vander Donckt (Uzay bilimleri, Teknolojiler ve Astrofizik Araştırma (STAR) Enstitüsü, Liège Üniversitesi, Belçika), A. Isella (Fizik ve Astronomi Bölümü) , Rice Üniversitesi, ABD [Rice]), R. Wrzosek (Rice), A. Baudry (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. de Bordeaux, CNRS, Fransa), MD Gray (Tayland Ulusal Astronomi Araştırma Enstitüsü, Tayland), AMS Richards (JBCA, University of Manchester, İngiltere), W. Vlemmings (Uzay, Dünya ve Çevre Bölümü, Chalmers Teknoloji Üniversitesi, İsveç).