Yol haritası, James Webb Uzay Teleskobu kullanılarak dış gezegen keşfinin nasıl iyileştirileceğini ayrıntılarıyla anlatıyor

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) 2021’de fırlatılması, özellikle güneşimiz dışındaki yıldızların yörüngesinde dönen karasal gezegenlere bakan bilim insanları için, ötegezegen araştırmaları için heyecan verici yeni bir dönemi başlattı. Ancak teleskobun görevinin başlamasından üç yıl sonra, bazı bilim insanları ilerlemeyi yavaşlatan zorluklarla karşılaştı.

Yakın zamanda yayınlanan bir makalede yayınlanan içinde Doğa AstronomiTRAPPIST-1 JWST Topluluk Girişimi, TRAPPIST-1 sistemini incelerken karşılaştıkları zorlukların üstesinden gelmek için, veri toplama verimliliğini artırarak astronomi topluluğunun genelinin yararına olacak şekilde adım adım bir yol haritası ortaya koyuyor.

“JWST’ye yaşamı boyunca yaşanabilir dünyaları tanımlama şansı vermek için ilk çok yıllık gözlem stratejisini tasarlamak amacıyla, bu karmaşık disiplinler arası zorlukları ele almak üzere uzmanlardan oluşan bir topluluk bir araya geldi,” diyor MIT’nin Dünya, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri Bölümü’nde (EAPS) doçent ve makalenin baş yazarlarından biri olan Julien de Wit.

İki-bir fırsatı

Dünya’dan 41 ışık yılı uzaklıkta bulunan ve yedi gezegene sahip olan TRAPPIST-1 sistemi, Güneş Sistemimize benzer şekilde farklı bileşimlere sahip çok sayıda gezegene sahip büyük bir sistemi incelemek için eşsiz bir fırsat sunuyor.

“Bu bir rüya hedefi: Yaşanabilir bölgede bir değil, belki üç gezegeniniz var, bu yüzden aynı sistemde karşılaştırma yapmanın bir yolunuz var,” diyor de Wit ile birlikte çalışmaya liderlik eden Université de Montréal’den René Doyon. “Atmosferlerini tespit etmeyi umabileceğimiz sadece bir avuç iyi karakterize edilmiş ılıman kayalık gezegen var ve bunların çoğu TRAPPIST-1 sistemi içinde.”

De Wit ve Doyon gibi gökbilimciler, yıldız ışığının bir gezegenin potansiyel atmosferinden geçme biçimine bakarak hangi elementlerin mevcut olduğunu görmek için, iletim spektroskopisi adı verilen bir teknikle ötegezegen atmosferlerini incelerler. İletim spektrumları, gezegen ana yıldızının önünden geçtiğinde toplanır.

TRAPPIST sistemindeki gezegenlerin yörünge periyotları kısadır. Sonuç olarak, geçişleri sıklıkla çakışır. Geçiş gözlem süreleri genellikle beş saatlik pencerelere ayrılır ve düzgün bir şekilde planlandığında, bunların neredeyse yarısı en az iki geçişi yakalayabilir. Bu “ikisi bir arada” hem zamandan hem de paradan tasarruf sağlarken veri toplamayı iki katına çıkarır.

Yıldız kirlenmesi

Yıldızlar tekdüze değildir; yüzeyleri sıcaklık bakımından farklılık gösterebilir ve daha sıcak veya daha soğuk noktalar oluşturabilir. Su buharı gibi moleküller soğuk noktalarda yoğunlaşabilir ve iletim spektrumlarına müdahale edebilir. Bu tür yıldız bilgilerini gezegensel sinyallerden ayırmak zor olabilir ve bir gezegenin atmosferik bileşimi hakkında yanlış göstergeler verebilir ve “yıldız kirliliği” olarak bilinen şeyi yaratabilir. Genellikle göz ardı edilmiş olsa da, JWST’nin gelişmiş yetenekleri, yıldız kirliliğinin gezegen atmosferlerini incelerken ortaya çıkardığı zorlukları ortaya çıkardı.

EAPS araştırma bilimcisi Ben Rackham, Şili’deki Magellan Teleskopları’nı kullanarak küçük dış gezegenler üzerine yaptığı ilk doktora araştırmasını rayından çıkardığında bu zorluklarla karşılaştı. Şimdi, lisansüstü öğrencisiyken ilk karşılaştığı sorunun yeni JWST verileriyle tekrarlandığını görüyor.

“Yer tabanlı teleskoplardan elde edilen verilerle yaptığımız önceki çalışmalardan tahmin ettiğimiz gibi, JWST ile elde ettiğimiz ilk spektral imzalar gezegensel yorumlama açısından gerçekten hiçbir anlam ifade etmiyor,” diyor. “Özellikler görmeyi beklediğimiz gibi değil ve geçişten geçişe değişiyorlar.”

Rackham ve EAPS’de doktora sonrası araştırmacı olan David Berardo, iki farklı yöntem kullanarak yıldız kirliliğini düzeltmenin yolları üzerinde de Wit ile birlikte çalışıyor: yıldız spektrumlarının modellerini iyileştirmek ve düzeltmeleri türetmek için doğrudan gözlemler.

“Bir yıldızı dönerken gözlemleyerek, JWST’nin hassasiyetini kullanarak yüzeyinin nasıl göründüğüne dair daha net bir resim elde edebiliriz ve bu da üzerinden geçen gezegenlerin atmosferinin daha doğru bir şekilde ölçülmesini sağlar,” diyor Berardo. Bu, yol haritasında önerildiği gibi arka arkaya geçişleri incelemekle birleştirildiğinde, hem gelecekteki hem de geçmiş çalışmalardan yıldız kirliliğini filtrelemek için kullanılabilecek yıldız hakkında yararlı veriler toplar.

TRAPPIST-1’in Ötesinde

Mevcut yol haritası, TRAPPIST JWST Topluluk Girişimi’nin, ayrı ayrı gezegenlere odaklanan programları bir araya getirme çabalarından doğmuştur; bu da, bunların optimum geçiş gözlem pencerelerinden yararlanmasını engellemiştir.

“Küçük gözlem programlarının verimlilik tuzaklarından kaçınmak için bu çabanın ‘bir köy’ gerektireceğini erkenden anladık,” diyor de Wit. “Şimdiki umudumuz, yol haritası tarafından yönlendirilen geniş çaplı bir topluluk çabasının zamanında teslimatlar üretmek için başlatılabilmesidir.”

De Wit, bunun on yıl içinde TRAPPIST-1 etrafındaki yaşanabilir veya yaşanabilir dünyaların belirlenmesiyle sonuçlanabileceğini umuyor.

Hem de Wit hem de Doyon, TRAPPIST-1 sisteminin, diğer sistemlerdeki çalışmalara da uzanacak olan, gezegen dışı atmosferler üzerinde temel araştırmalar yürütmek için en iyi yer olduğuna inanıyor. Doyon, “TRAPPIST-1 sisteminin yalnızca TRAPPIST-1 için değil, aynı zamanda yıldız aktivitesinin çok hassas bir şekilde nasıl düzeltileceğini öğrenmek için de yararlı olacağını ve bunun yıldız aktivitesinden etkilenen diğer birçok transmisyon spektroskopisi programı için de faydalı olacağını” düşünüyor.

“Temel ve dönüştürücü yanıtlar, onlara giden net bir yol haritasıyla birlikte elimizin altında,” diyor de Wit. “Sadece onu titizlikle takip etmemiz gerekiyor.”

Bu hikaye MIT News’in izniyle yeniden yayınlanmıştır (web.mit.edu/newsoffice/), MIT araştırmaları, inovasyonları ve öğretimi hakkında haberleri kapsayan popüler bir site.