JWST/MIRI görüntülerinde yalnızca bir ışık noktası görünür. Bununla birlikte, ilk analiz Jüpiter’e benzer özelliklere sahip olabilecek gazlı bir gezegenin varlığını öne sürüyor. Kaynak: T. Müller (MPIA/HdA)
JWST’yi kullanan araştırmacılar, süper bir kütle olan Eps Ind Ab’nin yeni bir görüntüsünü yakaladılar.Jüpiter daha önce tahmin edilenden önemli ölçüde daha büyük bir yörünge mesafesine sahip.
Bu keşif, daha soğuk bir havayı vurguluyor dış gezegen Tipik olarak gözlemlenenden daha büyük olması, kütlesinin ve yörüngesinin yeniden değerlendirilmesini gerektirirken aynı zamanda uzak soğuk gaz devlerinin doğrudan görüntüleme ve spektral analiz yoluyla incelenmesi için yeni bir yöntem sunuyor.
Yeni Bir Gezegenin Görüntülenmesi
Almanya, Heidelberg’deki Max Planck Astronomi Enstitüsü’nde araştırmacı olan Elisabeth Matthews, “Bu yeni gezegeni görüntülediğimizi fark ettiğimizde heyecanlandık” dedi. Kendisi, bugün (24 Temmuz) dergide yayınlanan temel araştırma makalesinin baş yazarıdır. Doğa“Şaşırtıcı bir şekilde, gözümüzde beliren parlak noktayı gördük. MİRİ Matthews, “Görüntüler gezegen için beklediğimiz pozisyonla uyuşmuyordu” diye belirtiyor. “Önceki çalışmalar bu sistemde bir gezegeni doğru bir şekilde tanımlamıştı ancak bu süper-Jüpiter gaz devinin kütlesini ve yörüngesel ayrımını hafife almıştı.” JWST’nin yardımıyla ekip rekoru düzeltebildi.
Bu tespit birkaç açıdan oldukça sıra dışıdır. JWST ile görüntülenen ve daha önce yerden görüntülenmemiş olan ve JWST’nin şimdiye kadar incelediği gaz gezegenlerinden çok daha soğuk olan ilk dış gezegeni gösterir. Bir ‘görüntü’ gezegenin görüntülerde parlak bir nokta olarak göründüğü ve dolayısıyla doğrudan kanıt teşkil ettiği anlamına gelir. Geçiş ve radyal hız yöntemleri dolaylı kanıtlardır, çünkü gezegen kendisini yalnızca aracılı etkisi aracılığıyla ortaya koyar.
Ekler, orta kızılötesi dalga boyları 10.65 (sol) ve 15.55 mikrometre (sağ) ile elde edilen MIRI görüntülerinin kırpılmış versiyonlarını gösterir ve bunlar, konumu yıldız sembolleriyle gösterilen Eps Ind A yıldızının etrafındaki alanı tasvir eder. Bir koronagraf, her iki görüntüyü de gölgede bırakacak olan yıldızdan gelen ışığı engeller. Bunun yerine, sol üstte yeni bir nesne görünür hale gelir. Bu kaynak, dış gezegen Eps Ind Ab’dir. Arka plan, AllWISE gökyüzü araştırmasından elde edilmiştir. Kaynak: T. Müller (MPIA/HdA), E. Matthews (MPIA)
Eps Ind Ab’nin Yörüngesi ve Özelliklerine Genel Bakış
Gezegen, yakınlardaki üçlü yıldız sistemi Epsilon Indi’nin veya kısaca Eps Ind’nin ana bileşeni etrafında döner. Astronomik etiketleme kuralları, Eps Ind A etiketini, güneşten biraz daha küçük ve soğuk olan kırmızı cüce yıldız olan bu birincil yıldıza atar. Gezegenin adını oluşturmak için, bir “b” eklenir ve bu da Eps Ind Ab tanımıyla sonuçlanır.
Yeni JWST verileri, Güneş Sistemi’ndeki Jüpiter’in kütlesinin altı katı olan bir süper Jüpiter ile tutarlıdır. Eps Ind Ab, ev sahibi yıldızının etrafında, Eps Ind A’dan en uzak mesafesi 20 ila 40 astronomik birim arasında olması gereken eksantrik, eliptik bir yörüngede döner. Bir astronomik birim, Dünya ile Güneş arasındaki ortalama mesafedir, yaklaşık 150 milyon kilometredir. Yeni değerler, önceki çalışmalardan önemli ölçüde farklıdır, bu yüzden ekip buna “yeni” gezegen demeyi seçmiştir.
Bu yakınlaştırma videosu, Eps Ind A yıldızının merkezindeki gökyüzünün geniş açılı görüntüsüyle başlar. JWST’nin MIRI görüntüleyicisiyle elde edilen Eps Ind Ab görüntüsüyle sona erer. Kaynak: T. Müller (MPIA/HdA), E. Matthews (MPIA)
Soğuk Gezegenler, Sıcak Bilim
Bugüne kadar sadece birkaç soğuk gaz devi gezegenin güneş çağındaki yıldızların yörüngesinde döndüğü biliniyor ve bunların hepsi dolaylı olarak radyal hız ölçümlerinden çıkarılmıştır. Gökbilimciler gezegenlerin görüntülerini alarak ve spektrumlarını alarak atmosferlerini inceleyebilir ve gezegen sistemlerinin evrimini hesaplamalı modellere kıyasla izleyebilirler. Tamamen yerleşik gezegen sistemlerindeki gezegenleri incelemek, gezegen evriminin son aşamalarıyla ilgili gevşek uçları bağlamaya ve gezegen oluşumu ve evrimi hakkındaki genel anlayışımızı geliştirmeye yardımcı olur.
Son gözlemler, bu soğuk gaz devi gezegenlerden çok daha fazlasının bulunmasına öncülük ediyor. Bunlar, gökbilimcilerin yeni bir dış gezegen sınıfını incelemelerine ve bunları güneş sistemi gaz devleriyle karşılaştırmalarına olanak tanıyacak.
Uzak Gezegenlerin Tespiti Konusunda Karşılaşılan Zorluklar
Ancak bu gezegenleri klasik tespit yöntemlerini kullanarak bulmak zordur. Ana yıldızlarından uzaktaki gezegenler, yıldızlarının etrafında sadece birkaç yıldız yarıçapı kadar uzaklıkta dönen sıcak Jüpiterlerin aksine, genellikle çok soğuktur. Geniş yörüngelerin, bir geçiş sinyali üretmek için görüş hattı boyunca hizalanması çok olası değildir. Ayrıca, yörüngenin sadece küçük bir bölümü izlenebildiğinde, sinyallerini radyal hız yöntemi ile ölçmek zordur.
Daha önceki çalışmalar, radyal hız ölçümleri kullanarak Eps Ind A yörüngesinde dönen dev bir gezegeni araştırmayı denedi. Ancak, yörüngenin küçük bir kısmını ekstrapole etmek, gezegenin özellikleri hakkında yanlış sonuçlara yol açtı. Sonuçta, Eps Ind Ab’nin yıldızının yörüngesinde dönmesi yaklaşık 200 yıl sürer. Birkaç yıl süren gözlemler, yörüngeyi yüksek hassasiyetle belirlemek için yetersizdir.
Doğrudan Görüntüleme için Gelişmiş Teknolojinin Kullanılması
Bu nedenle, Matthews’un etrafındaki ekip farklı bir yaklaşım geliştirdi. Bilinen gezegenin fotoğrafını, yaygın olarak doğrudan görüntüleme olarak bilinen bir yöntem kullanarak çekmek istediler. Gezegen dışı ana yıldızlar çok parlak olduğundan, yakındaki diğer tüm nesnelerden daha parlaktırlar. Normal kameralar kör edici yıldız ışığı altında ezilirdi.
Bu nedenle ekip, bir koronagrafla donatılmış JWST’nin MIRI (Orta Kızılötesi Enstrüman) kamerasını kullandı. Bu ışık engelleyici maske, yıldızı yapay bir tutulma gibi kaplıyor. Bir diğer avantaj ise Eps Ind’in Dünya’ya olan yakınlığı, ki bu sadece 12 ışık yılı. Yıldıza olan mesafe ne kadar küçükse, görüntüde iki nesne arasındaki ayrım o kadar büyük görünüyor ve bu da ana yıldızın girişimini azaltmak için daha iyi bir şans sağlıyor. MIRI mükemmel bir seçimdi çünkü soğuk nesnelerin parlak bir şekilde parladığı termal veya orta kızılötesinde gözlem yapıyor.
Eps Ind Ab Hakkında Neler Biliyoruz?
Matthews, “Verilerimizde beklenen dış gezegenle uyuşmayan bir sinyal keşfettik,” diyor. Görüntüdeki ışık noktası tahmin edilen konumda değildi. Matthews, “Ancak gezegen yine de dev bir gezegen gibi görünüyordu,” diye ekliyor. Ancak, böyle bir değerlendirme yapabilmeden önce, gökbilimciler sinyalin Eps Ind A ile ilgisi olmayan bir arka plan kaynağından geldiğini dışlamak zorundaydı.
“Kesin olmak her zaman zordur, ancak verilerden, sinyalin galaksi dışı bir arka plan kaynağından gelmesi pek olası görünmüyordu,” diye açıklıyor MPIA’dan bir diğer bilim insanı ve araştırma makalesinin ortak yazarı Leindert Boogaard. Gerçekten de, Eps Ind’nin diğer gözlemleri için astronomik veritabanlarına göz atarken, ekip Avrupa Güney Gözlemevi’nin (ESO) Çok Büyük Teleskop (VLT). Görüntüleri yeniden analiz eden ekip, JWST ile görüntülenen kaynağın Eps Ind A yıldızına ait olması durumunda olması gereken konumda soluk bir nesne buldu.
Bilim insanları ayrıca gezegenin üç renkteki mevcut görüntülerine dayanarak dış gezegen atmosferini anlamaya çalıştı: ikisi JWST/MIRI’den ve biri VLT/VISIR’den. Eps Ind Ab kısa dalga boylarında beklenenden daha sönük. Bu, özellikle gaz devi gezegenlerde yaygın olarak bulunan metan, karbondioksit ve karbon monoksit gibi molekülleri oluşturan karbon olmak üzere önemli miktarda ağır elemente işaret ediyor olabilir. Alternatif olarak, gezegenin bulutlu bir atmosfere sahip olduğunu gösterebilir. Ancak, nihai bir sonuca ulaşmak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç var.
Gelecekteki Araştırma Yönleri
Bu çalışma, Eps Ind Ab’yi karakterize etmeye yönelik sadece ilk adımdır. “Bir sonraki hedefimiz, bize gezegenin iklimi ve kimyasal bileşimi hakkında ayrıntılı bir parmak izi sağlayan spektrumlar elde etmek” diyor MPIA’da Emeritus Direktör, MIRI enstrümanının eş-PI’si ve temel makalenin ortak yazarlarından biri olan Thomas Henning.
Matthews, “Uzun vadede, tespit edilememiş olabilecek soğuk gaz devlerini avlamak için yakınlardaki diğer gezegen sistemlerini de gözlemlemeyi umuyoruz” diyor. “Böyle bir araştırma, gaz gezegenlerinin nasıl oluştuğu ve evrimleştiği konusunda daha iyi bir anlayış için temel teşkil edecektir.”
Referans: “JWST orta kızılötesi görüntüleme ile görüntülenen ılıman bir süper Jüpiter” 24 Temmuz 2024, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-024-07837-8
Bu çalışmada yer alan MPIA bilim insanları Elisabeth Matthews, Leindert Boogaard ve Thomas Henning’dir.
Diğer araştırmacılar arasında Aarynn Carter (Uzay Teleskobu Bilim EnstitüsüBaltimore, ABD), Caroline Morley (Teksas Üniversitesi, Austin, ABD) ve Prashant Pathak (Hindistan Teknoloji Enstitüleri, Kanpur, Hindistan).
MIRI konsorsiyumu, ESA üye ülkeleri Belçika, Danimarka, Fransa, Almanya, İrlanda, Hollanda, İspanya, İsveç, İsviçre ve Birleşik Krallık’tan oluşmaktadır. Ulusal bilim örgütleri konsorsiyumun çalışmalarını finanse etmektedir – Almanya’da Max Planck Topluluğu (MPG) ve Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR). Katılan Alman kurumları Heidelberg’deki Max Planck Astronomi Enstitüsü, Köln Üniversitesi ve eskiden Carl Zeiss Optronics olan Oberkochen’deki Hensoldt AG’dir.
JWST, dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Bu, liderliğini yaptığı uluslararası bir programdır. NASA ortakları ESA ile birlikte (Avrupa Uzay Ajansı) ve CSA (Kanada Uzay Ajansı).