Araştırmacılar yakın zamanda bir gezegenin suyunun çoğunun genellikle yüzeyinde değil, derin iç kısımlarında saklı olduğunu keşfettiler. Bu, ETH Zürih ve Zürih’teki bilim insanlarının model hesaplamalarının gösterdiği gibi, uzak dünyaların potansiyel yaşanabilirliğini etkiliyor. Princeton Üniversitesi.
- Araştırmacılar, Güneş Sistemimizin dışındaki bir yıldızın yörüngesinde dönen gezegenler olan dış gezegenlerdeki suyun dağılımına ilişkin yeni bir model hesaplamak için bilgisayar simülasyonları kullandılar.
- Bulguları, genç gezegenlerin suyunun çoğunun yüzeylerinde değil, içlerinde derinlerde bulunduğunu ortaya koyuyor. Dahası, dış gezegenlerdeki toplam potansiyel su hacmi şimdiye kadar önemli ölçüde hafife alınmıştı.
- Yeni model, gezegenlerin oluşumunu anlamak ve dış gezegenlerin potansiyel yaşama elverişliliğini değerlendirmek açısından önem taşıyor.
Dünya’nın yüzeyinde silikat temel kaya ve su (okyanuslar) mantosuyla çevrili bir demir çekirdeği vardır. Bugüne kadar bilim, güneş sistemimizin dışında başka bir yıldızın yörüngesinde dönen gezegenler olan dış gezegenleri araştırmak için bu basit gezegen modelini kullandı. ETH Zürih’te Dış Gezegenler Profesörü olan Caroline Dorn, “Gezegenlerin düşündüğümüzden daha karmaşık olduğunu ancak son yıllarda fark etmeye başladık” diyor.
Bugün bilinen dış gezegenlerin çoğu yıldızlarına yakın bir konumdadır. Bu, esas olarak, henüz Dünya gibi katı bir silikat kaya örtüsü oluşturacak kadar soğumamış erimiş magma okyanuslarının sıcak dünyalarından oluştukları anlamına gelir. Su, bu magma okyanuslarında çok iyi çözünür – örneğin, hızla gazını dışarı veren ve atmosfere yükselen karbondioksitin aksine.
Demir çekirdek, silikatların erimiş mantosunun altında yer alır. Peki su, silikatlar ve demir arasında nasıl dağılır? Dorn, Princeton Üniversitesi’nden Haiyang Luo ve Jie Deng ile işbirliği yaparak, temel fizik yasalarına dayalı model hesaplamalarının yardımıyla tam olarak bunu araştırdı. Araştırmacılar sonuçlarını Nature Astronomy dergisinde sundular.
Su ve Demirli Magma Çorbası
Sonuçları açıklamak için Dorn biraz ayrıntıya girmek zorunda: “Demir çekirdeğin gelişmesi zaman alır. Demirin büyük bir kısmı başlangıçta damlacıklar halinde sıcak magma çorbasında bulunur.” Bu çorbada tutulan su bu demir damlacıklarıyla birleşir ve onlarla birlikte çekirdeğe batar. Dorn, “Demir damlacıkları, su tarafından aşağıya doğru iletilen bir kaldırma kuvveti gibi davranır” diye açıklıyor.
Şimdiye kadar bu davranışın yalnızca Dünya’da da geçerli olan türden orta düzeydeki basınçlar için geçerli olduğu biliniyordu. Daha yüksek basınçlı iç koşullara sahip daha büyük gezegenlerde ne olduğu bilinmiyordu. Dorn, “Bu, çalışmamızın temel sonuçlarından biri,” diyor. “Gezegen ne kadar büyük ve kütlesi ne kadar büyükse, su demir damlacıklarıyla birlikte hareket etme ve çekirdeğe entegre olma eğilimi o kadar fazla oluyor. Belirli koşullar altında demir, silikatlardan 70 kata kadar daha fazla su emebilir. Ancak, çekirdekteki muazzam basınç nedeniyle su artık H2O moleküllerinde bulunur ancak hidrojen ve oksijende de bulunur.
Dünya’nın İçinde de Büyük Miktarda Su Var
Bu çalışma, dört yıl önce şaşırtıcı bir sonuç ortaya koyan Dünya’nın su içeriğinin incelenmesiyle tetiklendi: Dünya yüzeyindeki okyanuslar gezegenimizin toplam suyunun yalnızca küçük bir kısmını içeriyor. Dünya okyanuslarının 80’den fazlasının içeriği iç kısmında gizlenmiş olabilir. Bu, suyun Dünya gençken geçerli olan koşullar altında nasıl davrandığını hesaplayan simülasyonlarla gösterilmiştir. Deneyler ve sismolojik ölçümler buna göre uyumludur.
“Gezegenlerdeki suyun çoğu yüzeyde değil, iç kısımların derinliklerinde bulunur.”
Caroline Dorn, Gezegen Dışı Bilimler Profesörü
Gezegenlerdeki suyun dağılımına ilişkin yeni bulgular, astronomik gözlem verilerinin yorumlanması açısından çarpıcı sonuçlar doğurmaktadır. Astronomlar, uzaydaki ve Dünya’daki teleskoplarını kullanarak, belirli koşullar altında bir dış gezegen. Bu hesaplamaları, gezegenin bileşimi hakkında çıkarımlar yapılmasına izin veren kütle-yarıçap diyagramları çizmek için kullanırlar. Bunu yaparken -şimdiye kadar olduğu gibi- suyun çözünürlüğü ve dağılımı göz ardı edilirse, suyun hacmi on kata kadar önemli ölçüde düşük tahmin edilebilir. Dorn, “Gezegenler daha önce varsayıldığından çok daha fazla suya sahiptir” diyor.
Evrim Tarihini Anlamak
Gezegenlerin nasıl oluştuğunu ve geliştiğini anlamak istiyorsak su dağılımı da önemlidir. Çekirdeğe batan su sonsuza dek orada hapsolmuş olarak kalır. Ancak manto magma okyanusunda çözünen su, manto soğuması sırasında gazını kaybedip yüzeye çıkabilir. Dorn, “Yani bir gezegenin atmosferinde su bulursak, muhtemelen iç kısmında çok daha fazlası vardır,” diye açıklıyor.
İki yıldır uzaydan Dünya’ya veri gönderen NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun bulmaya çalıştığı şey budur. Gezegen dışı gezegenlerin atmosferindeki molekülleri izleyebilir. Bilim insanı, “Sadece gezegen dışı gezegenlerin üst atmosferinin bileşimi doğrudan ölçülebilir,” diye açıklıyor. “Grubumuz atmosferden gök cisimlerinin derinliklerine bağlantı kurmak istiyor.”
TOI-270d adlı dış gezegenin yeni verileri özellikle ilgi çekici. TOI-270d hakkında ilgili yayında yer alan Dorn, “İçindeki magma okyanusu ile atmosfer arasında bu tür etkileşimlerin gerçek varlığına dair kanıtlar orada toplandı,” diyor. Daha yakından incelemek istediği ilginç nesneler listesinde, üzerinde yaşam olma olasılığı nedeniyle manşetlere çıkan K2-18b gezegeni de yer alıyor.
Su Dünyalarının Yaşanabilirliğini Yeniden Düşünmek
Su, yaşamın gelişmesi için ön koşullardan biridir. Uzun zamandır su bakımından zengin Süper Dünyaların, yani Dünya’dan birkaç kat daha büyük kütleye sahip ve yüzeyi derin, küresel bir okyanusla kaplı gezegenlerin potansiyel yaşanabilirliği hakkında spekülasyonlar yapılıyordu. Daha sonra yapılan hesaplamalar, çok fazla suyun yaşama düşman olabileceğini öne sürdü. Argüman, bu su dünyalarında egzotik yüksek basınçlı buz tabakasının okyanus ile gezegenin mantosu arasındaki arayüzde hayati maddelerin değişimini engelleyeceğiydi.
Yeni çalışma şimdi farklı bir sonuca varıyor: Derin su katmanlarına sahip gezegenlerin nadir görülmesi muhtemel çünkü Süper Dünyalar’daki suyun çoğu şimdiye kadar varsayıldığı gibi yüzeyde değil, çekirdekte hapsolmuş durumda. Bu, bilim insanlarını nispeten yüksek su içeriğine sahip gezegenlerin bile Dünya benzeri yaşanabilir koşullar geliştirme potansiyeline sahip olabileceğini varsaymaya yönlendiriyor. Dorn ve meslektaşlarının vardığı sonuca göre, çalışmaları bu nedenle yaşamı destekleyebilecek su bakımından zengin dünyaların potansiyel varlığına yeni bir ışık tutuyor.
Referans: “Süper Dünyalar ve Alt Neptünlerde baskın su rezervuarı olarak iç kısım”, Haiyang Luo, Caroline Dorn ve Jie Deng, 20 Ağustos 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02347-z
Caroline Dorn, ETH Zürih’teki Fizik Bölümü’nde Gezegen Dışı Bilimler Profesörüdür. Araştırması, Ulusal Araştırma Yeterlilik Merkezi PlanetS (NCCR) ve Yaşamın Kökeni ve Yaygınlığı Merkezi (COPL) ETH’de.