Son araştırmalar, yalnızca 41 ışıkyılı uzaklıktaki kayalık bir ötegezegen olan 55 Cancri e’de bir atmosferin kanıtını buldu. Aşırı ısıya ve erimiş bir yüzeye neden olan güneş benzeri yıldızına yakınlığına rağmen, gezegenin volkanik süreçlerden oluşan ikincil bir atmosfere sahip olması muhtemeldir. (Sanatçının konsepti.) Kredi: SciTechDaily.com
Lavla kaplı bir yüzeyden gaz fışkırıyor dış gezegen 55 Cancri e, karbondioksit veya karbon monoksit bakımından zengin bir atmosferi besleyebilir.
Dünya’dan yalnızca 41 ışıkyılı uzaklıkta bulunan dış gezegen 55 Cancri e o kadar yoğun bir sıcaklığa sahip ki, bilim adamları bir zamanlar onun bir atmosferi sürdürme yeteneğinden şüphe ediyordu. Bununla birlikte, ulusal bilim adamlarından oluşan bir ekip tarafından yürütülen yakın tarihli bir araştırma, 55 Cancri e’nin bir atmosfere sahip olduğu doğrulanan ilk kayalık ötegezegen olabileceğini öne sürüyor.
Yayınlanan Doğa“Rocky Exoplanet 55 Cnc e’de İkincil Bir Atmosfer” başlıklı makale, araştırmacılar tarafından yazılmıştır. NASAKaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nün Jet Tahrik Laboratuvarı, Chicago ÜniversitesiNew Mexico Üniversitesi (UNM).
Benzersiz Yörünge Özellikleri
Dış gezegen 55 Cancri e, Dünya’nın güneşine benzer bir yıldızın yörüngesinde dönüyor, ancak Dünya’nın aksine, yıldızının yörüngesinde son derece yakın bir mesafeden dönüyor ve bu da gezegeni erimiş sıcak ve yaşanmaz hale getiriyor. NASA’ya göre, Dünya’nın güneşin etrafında dönmesi yaklaşık 365 gün sürerken, ötegezegen tam yörüngesini bir Dünya gününden daha kısa sürede tamamlıyor. Yıldızına o kadar yakın ki yerçekimi dönmesine izin vermiyor, bu nedenle milyarlarca yıl boyunca bir tarafı gündüz, diğer tarafı geceyi yaşadı. Bu gezegenin aşırı ortamı, oluştuğunda doğduğu ilkel atmosferi sürdüremeyeceği anlamına gelmelidir. Bu çalışmada bilim adamları, magma denizlerinin sürekli olarak ikincil bir atmosferi doldurup sürdürdüğünü öne sürüyorlar. Bu ikincil atmosfer muhtemelen gezegenin varoluşunda daha sonra oluşmuş, bu durumda yıldıza yakınlığın tetiklediği yoğun volkanik aktiviteden kaynaklanmıştır.
Bu sanatçının konsepti, ötegezegen 55 Cancri e’nin neye benzeyebileceğini gösteriyor. Janssen olarak da adlandırılan 55 Cancri e, süper Dünya olarak adlandırılan, Dünya’dan önemli ölçüde daha büyük ancak Neptün’den daha küçük, yıldızının etrafında yalnızca 1,4 milyon mil (0,015 astronomik birim) uzaklıkta dönen ve bir tam yörüngeyi tamamlayan kayalık bir gezegendir. 18 saatten az bir sürede. (Merkür, Güneş’e, yıldızına olan 55 Cancri e uzaklığından 25 kat daha uzaktır.) Aynı zamanda dört büyük gaz devi gezegeni de içeren sistem, Dünya’dan yaklaşık 41 ışıkyılı uzaklıkta, Yengeç takımyıldızında yer almaktadır. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Çığır Açan Araştırma ve Teknoloji
UNM Fizik ve Astronomi Yardımcı Doçenti Diana Dragomir, doktora tezinde geçişlerinin keşfine katkıda bulunduktan sonra ötegezegen hakkında zaten bilgi sahibi olmasına rağmen yakın zamanda yapılan çalışmanın bir parçasıydı. Ötegezegen 55 Cancri e’nin yoğunluğu ve ısısı, kendisi ve ötegezegenleri inceleyen diğer kişiler için uzun süredir karmaşık sorulara yol açıyordu.
“Bu gezegen, keşfinden bu yana, özelliklerini ve bileşimini anlamaya yönelik birçok girişime meydan okudu. Bu keşif, 55 Cancri e için şu ana kadar elde ettiğimiz en net bilgidir” dedi Dragomir.
Araştırmacıların ötegezegenleri her zamankinden daha büyük bir hassasiyetle incelemesine olanak tanıyan James Webb Uzay Teleskobu olmadan bu keşif mümkün olmazdı. Ekip, dış gezegen ve yıldızı tarafından yayılan ışığı analiz etmek için Webb teleskopundan alınan görüntüleri kullandı. Bunu yapmak için öncelikle görüntüleri ışık spektrumuna çevirmeleri gerekiyordu. Daha sonra gözlemleri farklı element ve molekül kombinasyonlarından oluşturulan spektrumlarla karşılaştırarak ötegezegenin hangi potansiyel atmosferik bileşimlere sahip olabileceğine dair bir hipotez oluşturdular. Bu çalışma, bu tür bir araştırma için Webb teleskopundan elde edilen verileri kullanan ilk çalışmalar arasında yer alıyor ve çalışmada kullanılan modeller, gelecekteki araştırmacılara diğer dış gezegenler için benzer çalışmaları tamamlama süreci sağlayabilir.
Bu ışık eğrisi, sistemdeki bilinen beş gezegenden en yakını olan kayalık gezegen 55 Cancri e yıldızın arkasında hareket ederken 55 Cancri sisteminin parlaklığındaki değişimi gösteriyor. Bu fenomene ikincil tutulma denir.
Gezegen yıldızın yanındayken hem yıldızın hem de gezegenin gündüz tarafının yaydığı orta kızılötesi ışık teleskopa ulaşır ve sistem daha parlak görünür. Gezegen yıldızın arkasında olduğunda gezegenin yaydığı ışık engellenir ve teleskopa yalnızca yıldız ışığı ulaşır, bu da görünen parlaklığın azalmasına neden olur.
Gökbilimciler, gezegenin gündüz tarafından ne kadar kızılötesi ışık geldiğini hesaplamak için yıldızın parlaklığını yıldız ve gezegenin toplam parlaklığından çıkarabilirler. Bu daha sonra gündüz sıcaklığını hesaplamak ve gezegenin bir atmosferi olup olmadığı sonucunu çıkarmak için kullanılıyor.
Bu gözlemden hesaplanan gezegenin sıcaklığı yaklaşık 1.800 kelvindir (yaklaşık 2.800 Fahrenheit derece); bu, gezegenin hiç atmosferi yoksa veya yalnızca ince bir kaya buharı atmosferi varsa beklenenden önemli ölçüde daha düşüktür. Bu nispeten düşük sıcaklık, ısının gezegenin gündüz tarafından gece tarafına, muhtemelen uçucu madde bakımından zengin bir atmosfer tarafından dağıtıldığını gösteriyor.
Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Aaron Bello-Arufe (NASA-JPL)
İşbirlikçi Çabalar ve Gelecek Beklentileri
Araştırma ekibi, dış gezegenin atmosferinin karbon, karbon monoksit ve karbondioksit açısından zengin buharlaşmış kayalardan oluşabileceğini öne sürüyor. Sonuçları doğrulamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulsa da, ötegezegenin ışık emisyonları ve karbon açısından zengin atmosfer modelleri birbirine yakın görünüyor. Araştırmacılar 55 Cancri e’nin son derece zorlu koşullarının onu yaşanmaz hale getirdiğini biliyor olsa da atmosferinin keşfi, bilim insanlarının kullanabileceği en yeni teleskopların sonunda uzaktaki kayalık gezegenleri ayrıntılı olarak inceleyecek kadar hassas olabileceğini doğruladı. Geçtiğimiz baharda Astrofizik bölümünden dereceyle mezun olan Michael Bess, projenin UNM bölümünde Dragomir ile birlikte çalışarak görüntüleri spektrumlara dönüştürdü ve potansiyel atmosfer kompozisyonlarını daraltmaya yardımcı olacak modelleri çalıştırdı.
Bess, “Dış gezegenlerin atmosferlerini incelemek bize farklı oluşum aşamalarındaki gezegenler hakkında çok şey söyleyebilir” dedi. “Sonunda yaşanabilirlik açısından benzer gezegenlere bakabileceğiz çünkü bizimkine benzer bir atmosfere sahip bir gezegende muhtemelen yaşam olabilir.”
Bess, araştırmasına dahil olmak için Dragomir’e başvurduğunda bu kadar büyük ölçekli bir proje üzerinde çalışacağını hiç beklemiyordu.
Bess, lisans öğrencisi olarak böylesine önemli bir proje üzerinde çalışmakla ilgili olarak “Gerçekten heyecan vericiydi” dedi. “Bu yepyeni muhteşem teleskopla ve NASA’dan harika insanlarla çalışmanın çok büyüleyici, yeni ve ilginç olduğunu düşündüm. Çok eğlenceliydi ve çok çalışıyordum ve her saniyesinden keyif aldım.”
Webb’in NIRCam (Yakın Kızılötesi Kamera) tarafından Kasım 2022’de ve MIRI (Orta Kızılötesi Cihaz) tarafından Mart 2023’te yakalanan bir termal emisyon spektrumu, yayılan kızılötesi ışığın (x ekseni) farklı dalga boylarının parlaklığını (y ekseni) gösterir. süper Dünya ötegezegeni 55 Cancri e tarafından. Spektrum, gezegenin sadece buharlaşmış kayalar değil, karbondioksit veya karbon monoksit ve diğer uçucu maddeler açısından da zengin bir atmosferle çevrili olabileceğini gösteriyor.
Grafik, NIRCam (turuncu noktalar) ve MIRI (mor noktalar) tarafından toplanan verileri iki farklı modelle karşılaştırır. Kırmızı renkli Model A, buharlaşmış kayadan oluşan bir atmosfere sahipse 55 Cancri e’nin emisyon spektrumunun nasıl görünmesi gerektiğini gösteriyor. Mavi renkli Model B, gezegenin, Dünya’nın mantosuyla benzer uçucu içeriğe sahip bir magma okyanusundan çıkan uçucu maddeler açısından zengin bir atmosfere sahip olması durumunda emisyon spektrumunun nasıl görünmesi gerektiğini gösterir. Hem MIRI hem de NIRCam verileri uçucu zengin modelle tutarlıdır.
Gezegenin yaydığı orta-kızılötesi ışık miktarı (MIRI), gündüz tarafı sıcaklığının, ısıyı gündüz tarafından gece tarafına dağıtacak bir atmosfere sahip olmasaydı olacağından önemli ölçüde daha düşük olduğunu gösteriyor. Spektrumun 4 ila 5 mikron arasındaki düşüşü (NIRCam verileri), bu dalga boylarının atmosferdeki karbon monoksit veya karbondioksit molekülleri tarafından emilmesiyle açıklanabilir.
Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Renyu Hu (NASA-JPL), Aaron Bello-Arufe (NASA-JPL), Michael Zhang (Chicago Üniversitesi), Mantas Zilinskas (SRON)
Onaylar ve Etkiler
Bess ve Dragomir’in de aralarında bulunduğu birçok ekip, verileri ayrı ayrı analiz etti ve ardından sonuçları karşılaştırmak için bir araya geldi. Tüm ekiplerin elde ettiği sonuçların mutabakata varması, verilerin yorumlanmasının doğru olduğunu destekledi. Bu sadece tüm araştırma ekibi için değil, özellikle de proje üzerinde çalışan beceri düzeyi doktorasını tamamlamış araştırmacıların düzeyine ulaşan Bess için heyecan verici bir andı.
Dragomir, “Veri kümelerini daha kıdemli işbirlikçilerinin yaptığıyla karşılaştırılabilir bir düzeyde analiz eden bir lisans öğrenciniz var ve aynı zamanda tüm ekiple bağımsız olarak iletişim kurabiliyor ve koordine edebiliyor” dedi. “Bunun için Michael’la gerçekten gurur duyuyorum.”
Bess doktorasına başlayacak. Astrofizik alanında bu sonbaharda Florida üniversitesi. Eğer 55 Cancri e üzerinde araştırmaya devam etmeyi seçerse hâlâ keşfedilecek çok şey olacak.
Isıyı korumaya yardımcı olacak bir atmosfer olmasaydı, sonsuz gecede 55 Cancri e’nin tarafı muhtemelen eksi 400 derece civarında olurdu Fahrenhayt.
Lav Gezegenine Yeni Bakışlar
“55 Cancri e’de atmosferin varlığı aynı zamanda gezegenin gece tarafında ölçülen sıcaklığın beklenenden daha yüksek olduğunu da açıklıyor. Bu taraf yıldıza hiç bakmasa da atmosfer, gündüz tarafındaki ısının gezegenin her yerinde dolaşımına yardımcı oluyor” dedi Dragomir.
Dolayısıyla bu çalışma, 55 Cancri e’nin muhtemelen erimiş yüzeye sahip bir lav gezegeni olduğuna dair önceki iddiaları da doğruluyor. Atmosferine ilişkin yeni bilgilerle birlikte bilim insanları, gezegenin geri kalanının bileşimi hakkında hipotezler kurmaya başlayabilirler.
55 Cancri e’nin sırrını çözmeye devam etmek için daha fazla çalışma yapılması gerekiyor, ancak o zamana kadar en son keşif dünya dışı.
Bu araştırma hakkında daha fazlası:
Referans: Renyu Hu, Aaron Bello-Arufe, Michael Zhang, Kimberly Paragas, Mantas Zilinskas, Christiaan van Buchem, Michael Bess, Jayshil Patel, Yuichi Ito, Mario Damiano, Markus Scheucher tarafından yazılan “Kayalık Ötegezegen 55 Cancri e’de ikincil bir atmosfer” , Apurva V. Oza, Heather A. Knutson, Yamila Miguel, Diana Dragomir, Alexis Brandeker ve Brice-Olivier Demory, 8 Mayıs 2024, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-024-07432-x