Bir sistemin dev gezegenlere sahip olup olmayacağını tahmin edebilir miyiz?

Tahmin, bilimsel çabaların ayırt edici özelliklerinden biridir. Bilim adamları, girdilere dayalı olarak fiziksel gerçekleri tahmin edebilmekten gurur duyarlar. Bu nedenle, Notre Dame’deki bilim adamlarından oluşan bir ekibin, bir ötegezegen sisteminin saçaklarındaki dev gezegenlerin varlığını tahmin etmek için kullanılabilecek bir teori geliştirmesi şaşırtıcı olmamalı.

Matthias He ve Lauren Weiss tarafından geliştirilen ve internette yayınlanan teori arXiv baskı öncesi sunucusu, aynı şeyleri arayarak oluşturulmuş, ancak çok farklı şekillerde işleyen iki veri setinin sentezlenmesine dayanmaktadır. Ötegezegen araştırmacıları, gezegenleri aramak için iki temel arama metodolojisi kullanır: geçişler ve radyal hız ölçümleri.

Geçişler, bir yıldızın önünden bir gezegen geçerken parlaklığının düşüşünü hesaplar. Kepler gibi geçişleri kullanan teleskoplar, ötegezegen sisteminin “iç” kısmındaki hızlı hareket eden gezegenleri bulmada özellikle iyidir – tipik olarak bu gezegenler yıldızın önünde hızla hareket ederler ve ev sahiplerinin önünde hareket ederken yakalanabilirler. bir gözlem penceresinde birden çok kez yıldız. Ancak, Jüpiter, Satürn ve dış güneş sisteminin geri kalanının dış gezegen eşdeğerleri olan 1 AU’nun ötesinde var olabilecek daha uzun dönemli gezegenleri yakalamada o kadar iyi değiller.

Radyal hız (RV) ölçümlerinin geldiği yer burasıdır. En yüksek doğrulukta RV ölçümlerinden bazılarının alındığı WM Keck Gözlemevi gibi teleskoplar, yıldızları üzerinde çok daha önemli bir etkiye sahip olduklarından, bu daha büyük ötegezegenleri tespit etmede çok daha iyidir. RV ölçümleri, bir yıldızın etrafında hareket eden bir dış gezegenden etkilendiğinde ne kadar sallandığını hesaplar. Bu yöntemin çalışması için ötegezegenin mutlaka yıldızın önünde hareket etmesi gerekmez – aslında, doğrudan yıldız ile Dünya arasında hareket ederse, o zaman yöntem hiç çalışmaz. Ancak yıldızı eliptik yörüngesinin bir parçası olarak yana çekerse, Keck ve onun gibi diğer teleskoplar gezegene olan mesafeyi ve beklenen kütlesini ev sahibi yıldızın ne kadar hareket ettiğinden hesaplayabilir.

Yakın zamana kadar, geçiş yapan ötegezegen araştırmaları için veri setleri ve RV kullananlar ayrıydı, bu da gökbilimcilerin iki yöntemin aynı sistemi nasıl okuyacağına dair anlayışlarında gözle görülür bir boşluk bırakıyor. Bu nedenle, Notre Dame’deki araştırmacılar, 63 farklı ötegezegen sistemini analiz etmek için Kepler ve Keck’ten alınan verileri birleştiren Kepler Dev Gezegen Araştırması’nı geliştirdiler. Bu sistemlerdeki gezegenlerin çoğu başlangıçta geçişler yoluyla bulundu, ancak örneğin sistemlerindeki 177 gezegenden yaklaşık 20’si RV kullanılarak bulundu.

Araştırmacılar, birleştirilmiş veri kümeleriyle, bir ötegezegen sisteminin daha uzakta dev bir gezegene sahip olduğunu gösterebilecek potansiyel anlatı işaretçilerine baktılar. Kaç tane iç gezegen olduğu ve o gezegenlerin ne kadar büyük olduğu gibi en bariz yerler pek sonuç vermedi. İç gezegenlerin sayısı ve büyüklüğü ile sistemdeki herhangi bir dış gezegenin varlığı arasında belirgin bir ilişki yoktu.

Bununla birlikte, dış gezegenlerin daha az bilinen bir ölçüsü olan boşluk karmaşıklığı ile istatistiksel olarak anlamlı bir korelasyon vardı. Temel olarak boşluk karmaşıklığı, gezegenin yörüngeleri arasındaki boşluğun bir gezegenden diğerine ne kadar değiştiğini ölçer. Düşük boşluk karmaşıklığına sahip bir sistem, oldukça eşit uzaylı gezegenlere sahip olurken, yüksek boşluk karmaşıklığına sahip bir sistem, rastgele aralıklı gezegenlere sahip olacaktır. Araştırmacılar, daha yüksek bir boşluk karmaşıklığına sahip olmanın, bir sistemin dış güneş sisteminde dev bir gezegene sahip olma olasılığını önemli ölçüde artırdığını buldular – bu, RV yöntemiyle bulunabilen ancak geçiş yoluyla bulunamayan bir gezegen.

Bu yöntemin dezavantajlarından biri, iç sistemin boşluk karmaşıklığını gerçekten hesaplamak için, yalnızca üç iç gezegene sahip sistemleri (ve dolayısıyla yörüngeler arasında en az iki “boşluk”) analiz etmeleri gerektiğidir. Bu, bu özelliğe sahip 63 sistem örneğindeki toplam sistem sayısını dörde indirdi. Bununla birlikte, gaz devini karmaşıklık hesaplamasına dahil ettiğinizde, en azından iç güneş sisteminde yalnızca iki gezegen bulunan sistemler için, boşluk karmaşıklığı için aynı mantığın uygulandığını da buldular.

İstatistiksel anlamlılık gerçekten de bilimsel teorileri kanıtlamak için altın standarttır – ancak toplam dört örneklem büyüklüğü kesinlikle geliştirilebilir. Drs tarafından yapılan iş gibi veri sentezi. O ve Weiss, daha fazla veri toplamaya başlamak için mükemmel bir yer. Dolayısıyla, artan sayıda dış gezegen sistemi keşfedildikçe, bu teoriyi kanıtlamak ve dev gezegen oluşumunun dış gezegen sistemlerinin oluşumu üzerindeki etkisini anlamaya başlamak için çok daha fazla şans olacak.