Bir dış gezegen‘nin garip, uzun, geriye doğru yörüngesi, sıcak Jüpiterlerin oluşum geçmişi ve gelecekteki yörüngeleri hakkında ipuçları barındırıyor.
Gökbilimciler, salatalık benzeri şekli ve yıldızının etrafında geriye doğru hareketiyle bilinen en eksantrik yörüngeye sahip bir dış gezegen tespit ettiler. Bu keşif, sıcak Jüpiterlerin oluşumu ve evrimi hakkında fikirler sunuyor. NEID ve TESS Bu dev gaz gezegenlerinin göçünü anlamamıza yardımcı olabilecek bu dış gezegenin gözlemlenmesinde önemli rol oynadılar.
Benzersiz Bir Gezegenin Keşfi
Araştırmacılar, geçiş yapan gezegenler arasında şimdiye kadar bulunan en uzun yörüngeye sahip bir gezegen keşfettiler. Bir daireye göre salatalığa daha yakın görünen ötegezegenin uç devresi, bilinen tüm ötegezegenlerin, yani güneş sistemimizin dışındaki yıldızların yörüngesinde dönen gezegenlerin en sert şekilde gerilmiş yörüngelerinden birini takip ediyor. Ayrıca yıldızının yörüngesinde geriye doğru dönüyor ve bu da sıcak Jüpiterler olarak bilinen yakın kütleli gaz gezegenlerinin nasıl oluştuğu, dengelendiği ve zaman içinde nasıl evrimleştiği gizemine ışık tutuyor.
Penn State bilim insanlarının liderliğinde yürütülen araştırma, 17 Temmuz’da dergide yayımlandı Doğa.
“Bu devasa gezegeni yıldızına yakın geçişi sırasında keskin, keskin bir dönüş yaparken yakaladık,” dedi Penn State’te Verne M. Willaman Astronomi Profesörü ve makalenin yazarı Suvrath Mahadevan. “Böylesine son derece eksantrik geçiş yapan gezegenler inanılmaz derecede nadirdir ve en eksantrik olanı keşfedebilmemiz gerçekten şaşırtıcı.”
Yörüngesel Eksantriklikten İçgörüler
Mahadevan, “eksantrik” teriminin bir gezegenin yörüngesinin şeklini ifade ettiğini, sıfırdan bire kadar bir ölçekte ölçüldüğünü ve sıfırın mükemmel dairesel bir yörünge olduğunu açıkladı. TIC 241249530 adlı bu dış gezegenin yörünge dış merkezliliği 0,94’tür ve bu da onu şimdiye kadar bulunan herhangi bir geçiş yapan dış gezegenin yörüngesinden daha dış merkezli yapar. Karşılaştırma için, PlütonGüneş etrafındaki oldukça eliptik yörüngesinin eksantrikliği 0,25’tir; Dünya’nın eksantrikliği ise 0,02’dir. Mahadevan, böylesine uç bir yörüngenin, gezegenin yörüngesindeki en uzak noktada yaz gününden, en yakın noktasına yaklaştığında kavurucu sıcağa kadar sıcaklık değişimlerine yol açacağını açıkladı.
Ötegezegenin yörüngesinin alışılmadık doğasına ek olarak, ekip ayrıca geriye doğru, yani ana yıldızının dönüşünün tersi yönde döndüğünü buldu. Bu, gökbilimcilerin diğer ötegezegenlerin çoğunda veya kendi güneş sistemimizde görmediği bir şey ve ekibin ötegezegenin oluşum geçmişine ilişkin yorumunu bilgilendirmeye yardımcı oluyor.
Sıcak Jüpiter Oluşumunun Çözülmesi
Arvind Gupta, “Gezegen göçü sürecini gerçek zamanlı olarak geri sarıp izleyemesek de, bu dış gezegen bir tür göç sürecinin anlık görüntüsü olarak hizmet ediyor.” dedi. NOIRLab doktora sonrası araştırmacı ve makalenin baş yazarı, Penn State’te doktora öğrencisi olarak araştırmayı yürüten, NOIRLab’ın bir bülteninde şöyle dedi. “Böyle gezegenleri bulmak zordur ve bunun sıcak gezegenleri çözmemize yardımcı olmasını umuyoruz. Jüpiter “oluşum hikayesi.”
Şu anda, 4.000’den biraz fazla yıldız sisteminde 5.600’den fazla doğrulanmış ötegezegen bulunmaktadır. Bu popülasyon içerisinde, yaklaşık 300 ila 500 ötegezegen, sıcak Jüpiterler — yıldızlarına çok yakın yörüngelerde dönen, Merkür’ün güneşimize olduğundan çok daha yakın olan büyük, Jüpiter benzeri dış gezegenler. Sıcak Jüpiterlerin bu kadar yakın yörüngelere nasıl geldiği bir gizemdir, ancak gökbilimciler bunların yıldızlarından uzak yörüngelerde başladıklarından ve daha sonra zamanla içeriye doğru göç ettiklerinden şüpheleniyorlar. Bu sürecin erken aşamaları nadiren gözlemlenmiştir, ancak alışılmadık bir yörüngeye sahip bir dış gezegenin bu yeni analiziyle gökbilimciler sıcak Jüpiter gizemini çözmeye bir adım daha yaklaştılar.
Gupta, “Gökbilimciler, sıcak Jüpiterlerin muhtemel öncüsü olan veya göç sürecinin ara ürünleri olan dış gezegenleri yirmi yıldan uzun süredir arıyorlardı, bu yüzden bir tane bulduğumda çok şaşırdım ve heyecanlandım” dedi.
Gezegenin keşfi ve karakterizasyonu, Penn State’te inşa edilen üç cihaz sayesinde mümkün oldu: NASA-finanse edilen NEID spektrografı, Yaşanabilir Bölge Gezegen Bulucu spektrografı ve bir fotometrik difüzör. Her üç cihaz da araştırmacıların dış gezegen tarafından yayılan ışığı gözlemlemelerine ve analiz etmelerine olanak tanır.
Gelişmiş Enstrümanların Rolü
Araştırmacılar gezegeni ilk olarak Ocak 2020’de NASA’nın Geçişli Gezegen Araştırma Uydusu’nu (TESS) kullanarak tespit ettiler ve bu uydu, yıldızın önünden geçen tek bir Jüpiter büyüklüğündeki gezegenle tutarlı bir yıldız parlaklığında düşüş olduğunu ortaya koydu. Bu dalgalanmaların doğasını doğrulamak ve diğer olası nedenleri ortadan kaldırmak için bir gökbilimci ekibi, NSF NOIRLab’ın bir programı olan ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) Kitt Peak Ulusal Gözlemevi’ndeki (KPNO) WIYN 3,5 metrelik Teleskobu’ndaki iki cihazı kullandı.
Ekip ilk olarak, TESS ölçümlerini karıştırabilecek yakınlarda yabancı yıldızların olmadığını gösteren, atmosferik titreşimi “dondurmaya” yardımcı olan bir teknikte NASA tarafından finanse edilen NN-EXPLORE Gezegen Dışı ve Yıldız Benek Görüntüleyicisi’ni (NESSI) kullandı. Daha sonra, HPF ve NEID spektrograflarını kullanarak ekip, TIC 241249530’un spektrumunun veya yayılan ışığının dalga boylarının, yörüngesindeki gezegen nedeniyle nasıl değiştiğini gözlemledi.
“NEID’in faaliyete geçmesinden sadece birkaç yıl sonra böylesine harika bir bilimin ortaya çıktığını görmek çok heyecan verici,” diyor makalenin ortak yazarlarından ve NEID spektrografının inşasına ve devreye alınmasına yardımcı olan Penn State’te doktora öğrencisi olan Andrea Lin. “Daha yeni başlıyoruz ve gelecekte neler başarabileceğimizi görmeyi sabırsızlıkla bekliyorum.”
Gezegenin Kütlesi ve Yörüngesinin Analizi
Yıldızın hızının gezegenin altı aylık yörünge periyodu boyunca nasıl değiştiğine dair detaylı analizler, dış gezegenin Jüpiter’den yaklaşık beş kat daha büyük kütleli olduğunu ve son derece eksantrik bir yörüngede yörüngede döndüğünü doğruladı.
“Bu, bilinen en eksantrik geçiş yapan gezegendir ve aynı şekilde ana yıldızının dönüşüyle oldukça uyumsuz, çılgın bir yörüngeye sahip olan önceki rekor sahibi HD80606b kadar önemli olduğunu kanıtlayacaktır,” diyor Gupta üniversitede doktora öğrencisiyken projeyi denetleyen Penn State astronomi ve astrofizik profesörü Jason Wright. “Bu iki oldukça eksantrik gezegen, sıcak Jüpiter statüsüne doğru evrimleşirken ‘suçüstü yakalandı.’ HD80606b gibi, bu gezegen de Jüpiter’in kütlesinin birçok katıdır ve bu, sıcak Jüpiter’leri oluşturmak için bu kanalın yalnızca en büyük gezegenlerin alabileceği bir kanal olabileceğini düşündürmektedir.”
Bu iki örnek bir arada, yüksek kütleli gaz devlerinin, oldukça eksantrik yörüngelerden daha sıkı, daha dairesel yörüngelere doğru göç ederken sıcak Jüpiterlere dönüştüğü fikrini gözlemsel olarak doğruluyor.
Gelecekteki Araştırmalar ve Gözlemler
Wright, “Özellikle bu gezegenin yıldızına yakıcı derecede yakın geçişlerinden birini yaptıktan sonra atmosferinin dinamikleri hakkında neler öğrenebileceğimizle ilgileniyoruz,” dedi. “NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu “Bu yeni keşfedilen dış gezegenin atmosferinde meydana gelen hızlı ısınmayı inceleyecek duyarlılığa sahip olacağız, dolayısıyla ekibin dış gezegen hakkında öğreneceği daha çok şey var.”
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için Nadir Gezegenin Son Derece Garip Yörüngesi Gökbilimcileri Şaşkına Çevirdi başlıklı yazıya bakın.
Kaynak: Arvind F. Gupta, Sarah C. Millholland, Haedam Im, Jiayin Dong, Jonathan M. Jackson, Ilaria Carleo, Jessica Libby-Roberts, Megan Delamer, Mark R. Giovinazzi, Andrea SJ Lin, Shubham Kanodia, Xian-Yu Wang, Keivan Stassun, Thomas Masseron, Diana Dragomir, Suvrath Mahadevan, Jason Wright, Jaime A. Alvarado-Montes, Chad Bender, Cullen H. Blake, Douglas Caldwell, Caleb I. Cañas, William D. Cochran, Paul Dalba, Mark E. Everett, Pipa Fernandez, Eli Golub, Bruno Guillet, Samuel Halverson, Leslie Hebb, Jesus Higuera, Chelsea X. Huang, Jessica Klusmeyer, Rachel Knight, Liouba Leroux, Sarah E. Logsdon, Margaret Loose, Michael W. McElwain, Andrew Monson, Joe P. Ninan, Grzegorz Nowak, Enric Palle, Yatrik Patel, Joshua Pepper, Michael Primm, Jayadev Rajagopal, Paul Robertson, Arpita Roy, Donald P. Schneider, Christian Schwab, Heidi Schweiker, Lauren Sgro, Masao Shimizu, Georges Simard, Guðmundur Stefánsson, Daniel J. Stevens, Steven Villanueva, John Wisniewski, Stefan Will ve Carl Ziegler, 17 Temmuz 2024 Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-024-07688-3
Diğer Penn State ortak yazarları arasında doktora sonrası araştırmacı Jessica Libby-Roberts, lisansüstü öğrencisi Megan Delamer ve astronomi ve astrofizik alanında seçkin profesör olan Donald Schneider yer alıyor.
Bu çalışma Penn State, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA), Gezegenler ve Yaşanabilir Dünyalar Merkezi, NASA-NSF Gezegenler Gözlem Araştırmaları (NN-EXPLORE), NASA Gezegenler Keşif Programı, NASA Ames Araştırma Merkezi, Robert Martin Ayers Bilimler Fonu, ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF), Bilim ve Yenilik Bakanlığı’nın Agencia Estatal de Investigación’u, Polonya’daki Toruń’daki Nicolaus Copernicus Üniversitesi, İspanyol Devlet Araştırma Ajansı aracılığıyla İspanyol Bilim ve Yenilik Bakanlığı (MICINN), TESS Misafir Araştırmacı Programı, Heising-Simons Vakfı, Austin’deki Teksas Üniversitesi, Ludwig-Maximillians-Universitaet Muenchen ve Georg-August Universitaet Goettingen tarafından finanse edilmiştir.