James Webb Uzay Teleskobu (JWST) büyük bir güce ve bilimsel keşif potansiyeline sahiptir. Ana hedeflerinden biri, dış gezegenlerin atmosferlerini inceleyerek kimyasal bileşimlerini belirlemektir; bu, yalnızca bu kadar güçlü bir cihazın başarabileceği bir görevdir. Bununla birlikte, JWST’nin bile bu yeteneklerden etkili bir şekilde faydalanması zaman alıyor, özellikle de konu ana görevlerinden biri olduğunda, yani kırmızı cücelerin yörüngesindeki kayalık ötegezegenlerin incelenmesi.
Kırmızı cüceler Samanyolu’ndaki en yaygın yıldız türüdür. Gözlemler bu yıldızların yaşanabilir bölgelerinde çok sayıda kayalık gezegenin bulunduğunu gösteriyor. Ancak bu gezegenlerin yaşama ne kadar uygun olduğu ve kırmızı cücelerin yaşanabilir bölgelerinde bir atmosferin var olma ihtimali hakkındaki sorular hala cevapsız kalıyor. Gökbilimciler bu tür gezegenlerin atmosferlerini incelemeye ve atmosferlerinin bileşimi hakkında biyolojik imzalar ve diğer bilgileri aramaya isteklidirler.
Yeni bir araştırmaya göre, JWST’nin dış gezegenlerin atmosferlerini tespit etmek ve incelemeye yardımcı olmak için yüzlerce saatlik gözlemlere ihtiyacı olacak. Bu çalışmanın tek yazarı Kanada’daki Montreal Üniversitesi Fizik Bölümü’nden René Doyon’dur. Doyon, ötegezegenlerin atmosferlerini incelemek JWST’nin ana hedeflerinden biri olsa da şu ana kadar yalnızca birkaç gezegen üzerinde çalışma yapıldığını belirtiyor: Trappist-1d, e, f, g, LHS1140b ve mini-Neptune K2-18b.
Çalışmanın sonuçları, JWST’nin gerçekten de dış gezegenlerin atmosferlerini inceleme yeteneğine sahip olduğunu gösteriyor, ancak aynı zamanda yıldız aktivitesinin başarılı sonuçlar ve yüksek kaliteli, kesin veriler önünde bir engel olduğunu da gösteriyor. Teleskop, gezegenin yıldızının yanından geçişini izleyerek dış gezegenlerin atmosferlerini analiz ediyor. Farklı moleküllerin imzalarını arayarak ötegezegenin atmosferinden geçen yıldız ışığını analiz ediyor.
Dış gezegen araştırmalarında en önemli sorulardan biri kırmızı cücelerin yaşanabilir bölgelerinde yer alan kayalık gezegenlerle ilgilidir. Atmosferleri var mı? Neyse ki düşük kütleli kırmızı cüceler ve gezegenleri spektrometrik çalışma için en iyi nesnelerdir.
Ancak her fırsat kendi zorluklarını da beraberinde getiriyor ve konu düşük kütleli kırmızı cüceler olduğunda engeller özellikle önemli hale geliyor. Bu yıldızlar, yakındaki gezegenleri yaşam için uygunsuz hale getirebilecek yoğun parlamalarıyla biliniyor. İşaret fişekleri, bir gezegenin atmosferini yok edebilecek güçlü X-ışını ve ultraviyole radyasyon yayar. Milyarlarca yıl boyunca bu tür patlamalar atmosferi o kadar inceltebilir ki yaşanabilirlik şansı neredeyse hiç kalmaz.
Kırmızı cüce patlamaları başka bir sorunu daha ortaya çıkarıyor: Bu yıldız aktivitesi, dış gezegen atmosferlerinin tayfsal incelemelerini zorlaştırabilir.
JWST, dış gezegen atmosferlerini incelemek için en iyi araçtır. Ancak hizmet ömrü sınırlıdır. 10 yıla kadar dayanacak şekilde tasarlandı ve yaklaşık 18 aydır görevini tamamladı. Hedeflerinden sadece biri olan ötegezegenleri incelemek söz konusu olduğunda, zamanın en iyi kullanımı nedir?
Yazara göre, JWST zamanını yalnızca atmosferi incelemek için değil, aynı zamanda gelecekteki amiral gemisi görevlerine hazırlanmak ve yerdeki gözlemevlerinin gelecekteki hedeflerini araştırmak için kullanmak çok önemli.
Doyon, Golden-J’ler olarak adlandırdığı, en umut verici ötegezegenlere öncelik verilmesi gerektiğini söylüyor. Bu gezegen grubu sera etkisini önleyecek kadar soğuktur. Ayrıca yarıçap ve kütlenin doğru ölçümlerine sahip olmak da gereklidir, bu da yoğunluklarının doğru bir şekilde anlaşılmasına yol açar.
“Bu kriterler seçimi yalnızca birkaç kayalık gezegenle sınırlandırıyor: Trappist-1d, e, f, g ve LHS1140b. Ve bir istisna olarak, kütlesinin belirsizliğine rağmen mini Neptün K2-18b” diye yazıyor Doyon.
Hubble gibi JWST de bu ötegezegenleri zaten araştırdı. Ancak sonuçlar belirsizlik içeriyor. Doyon, JWST’nin Golden-J ötegezegenlerine yönelik ilk incelemelerini keşif amaçlı olarak tanımlıyor ve bu belirsizliğin çoğunu çözmek için bu gezegenlerin kalan sürede daha ayrıntılı olarak incelenmesi gerektiğine inanıyor.
Dış gezegen LHS-1140 b, Doyon’un çalışmalarında büyük ilgi gördü. Yazar, “LHS1140b, atmosferindeki CO2 tespitinden dolaylı olarak sıvı yüzey koşulları anlaşılabilen en iyi ılıman gezegendir” diye yazıyor. Ancak JWST bir yılda yalnızca 4 gezegen geçişini ve 4 tutulmayı gözlemleyebiliyor. JWST’nin yüzeyde sıvı suyun varlığına ilişkin yeterince ikna edici kanıt toplamak için üç yıl boyunca 12 “görüntülemeye” ihtiyacı olabilir.
Doyon, LHS-1140 b’ye ve Golden-J seçkisindeki diğer ötegezegenlere daha yakından bakma çabasını “derin bir yaşanabilirlik araştırması” olarak adlandırıyor.
Belki de JWST’nin cevaplaması gereken ve cevaplayabileceği en önemli soru makalemin başlığıdır: M cücelerinin etrafındaki kayalık ılıman gezegenlerin atmosferi var mı?” diye yazıyor Doyon.
Bu zaman alacaktır. Doyon, JWST’yi gözlemlemenin ne kadar süreceğini tahmin etti: “Kapsamlı bir araştırma, tutulma fotometrisine ayrılmış yaklaşık 225 saat dahil olmak üzere minimum 700 saat gerektirecektir.” Ancak bu saatler yeterli olmayabilir: “Trappist-1b ve Trappist-c’nin MIRI gözlemleri için yayınlandığı gibi, keşif programı için daha yüksek bir tespit eşiğinin getirilmesi, potansiyel olarak 1300’den 1300’e kadar değişen toplam gözlem süresini önemli ölçüde artıracaktır. 2000 saat.”
Bu, özellikle ek takip gerektiren umut verici sonuçların ortaya çıkması durumunda daha da uzun sürebilir. Az sayıda ötegezegen için bu uzun bir zaman gibi görünebilir. Ancak JWST cevapları bulmak için yaratıldı ve eğer bu kadar zaman alırsa, o zaman iyi bir şekilde kullanılacaktır.