JWST gözlemleri, dev gezegenlere sahip genç bir yıldızın etrafındaki iç diskte ilk kez su buluyor

MPIA liderliğindeki MINDS araştırma işbirliği, James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanarak, genç yıldız PDS 70’in etrafındaki bir gaz ve toz diskinin iç bölgesinde su keşfetti. Gökbilimciler, bu bölgede karasal gezegenlerin oluşmasını bekliyorlar. Bu, en az iki gezegen barındıran bir diskte bu türden ilk tespittir. İç diskte üretilen herhangi bir kayalık gezegen, önemli bir yerel su rezervuarından yararlanacak ve daha sonra yaşanabilirlik şansını artıracaktır.

Bu bulgu, su taşıyan asteroitlerin daha sonraki etkilerine ek olarak, potansiyel olarak yaşanabilir gezegenlere oluşumları sırasında su sağlayan bir mekanizmanın kanıtını sunuyor.

Su, Dünya’daki yaşam için gereklidir. Bununla birlikte, bilim adamları bunun Dünya’ya nasıl ulaştığını ve bu sürecin diğer yıldızların etrafındaki kayalık ötegezegenleri de yaşanabilir hale getirip getiremeyeceğini tartışıyorlar.

Tercih edilen mekanizma, genç bir gezegenin yüzeyini bombardımana tutan su taşıyan asteroitlerin sağladığı bir ikmaldir. Almanya, Heidelberg’deki Max Planck Astronomi Enstitüsü’nden (MPIA) astronom Giulia Perotti, “Artık suyun kayalık gezegenlerin ilk bileşenlerinden biri olabileceğine ve doğumda mevcut olabileceğine dair kanıt bulmuş olabiliriz” diyor. Dergide çıkacak bir araştırma makalesinin ana yazarıdır. Doğa Bu, yaklaşık 370 ışıkyılı uzaklıktaki genç yıldız PDS 70’in gezegen oluşturan diskinde su tespit edildiğini bildiriyor.

PDS 70’in iç diskinde su

James Webb Uzay Teleskobu (JWST) üzerinde MIRI (Orta Kızılötesi Enstrüman) ile yapılan gözlemler, disk merkezinin yakınında, ev sahibi yıldız PDS 70’e yakın bir yerde su keşfetti. Güneş sisteminde, burası kayalık gezegenlerin güneş etrafında döndüğü bölgedir. Analizlere göre su, yaklaşık 330°C (600°K) sıcaklıkta yanan sıcak buhar halindedir.

MPIA Direktörü Thomas Henning, “Bu keşif, Dünya’ya benzer kayalık gezegenlerin tipik olarak oluştuğu bölgeyi araştırdığı için son derece heyecan verici.” MIRI’nin Co-PI (ana araştırmacısı) ve MINDS (MIRI Orta Kızılötesi Disk Araştırması) programının PI’si olan temel makalenin ortak yazarıdır. MINDS, 11 Avrupa ülkesinden araştırma enstitülerinin dahil olduğu bir JWST garantili süreli programdır. Bu araştırma, genç yıldızların etrafındaki gaz ve tozdan oluşan disklerin özelliklerini belirlemeyi amaçlıyor ve bu da bize orada potansiyel olarak oluşan gezegenlerin bileşimini belirleyen koşullar hakkında bilgi verebilir.

PDS 70, astronomların su bulduğu nispeten eski ilk disktir – yaklaşık 5,4 milyon yaşındadır. Zamanla, gezegen oluşturan disklerin gaz ve toz içeriği azalır. Ya merkezdeki yıldızın radyasyonu ya da rüzgarı, toz ve gaz gibi maddeleri uzaklaştırır ya da toz, sonunda gezegenleri oluşturan daha büyük nesnelere dönüşür. Daha önceki çalışmalar, benzer şekilde evrimleşmiş disklerin merkezi bölgelerindeki suyu tespit edemediğinden, gökbilimciler sert yıldız radyasyonuna dayanamayacağından ve kuru kayalık gezegen oluşturan ortamlara yol açabileceğinden şüpheleniyorlardı.

JWST’de MIRI ile PDS 70’i gözlemlemek, bu hipoteze meydan okumanın anahtarıydı. Sonuç olarak, gelişmiş ve tozu tükenmiş disklerin iç çevreleri o kadar da kuru olmayabilir. Eğer öyleyse, bu bölgelerde oluşan birçok karasal gezegen, yaşamı sürdürmek için önemli bir bileşenle doğabilir.

Karasal gezegenlerin su kaynağı – doğaya karşı yetiştirme

Ancak bilim adamları şu ana kadar PDS 70 disk merkezinin yakınında herhangi bir gezegen bulamadılar. Bunun yerine, gökbilimciler daha uzakta iki gaz devi gezegen tespit ettiler, PDS 70 b ve c. Büyümeleri sırasında ev sahibi yıldızlarının yörüngesinde dönerken çevredeki toz ve gazı biriktirerek, neredeyse algılanabilir herhangi bir materyalin bulunmadığı geniş, halka şeklinde bir boşluk oluşturdular.

Yine de, yıldıza yakın, su açısından zengin bir ortamda oluşan herhangi bir kayalık gezegen, yaşam döngülerinin başlangıcında bir su kaynağından yararlanacaktır. Bu nedenle, biraz rastgele kozmik taşıma sistemi olarak asteroitleri içeren uzun bir süreçle başlangıçta kayalık gezegenleri kurutmak için taşınan suya ek olarak, bu yeni sonuç, halihazırda doğumda olan gezegenlere su sağlayan potansiyel olarak sürdürülebilir bir mekanizma için kapıyı açıyor.

Böyle bir senaryonun, yaşamı desteklemek için bol su bulunan yaşanabilir kayalık gezegenler bulma şansını artırabileceğini hayal etmek zor değil. MINDS programının ilerleyişi, sonunda, genç yıldızların etrafındaki evrimleşmiş disklerin karasal gezegen oluşturan bölgelerinde suyun yaygın olup olmadığını veya PDS 70’in yalnızca bir istisna olup olmadığını gösterecek.

Suyun kaynağı nedir?

Suyun varlığı biraz beklenmedik olduğundan, MINDS ekibi bulgularını açıklamak için çeşitli senaryoları araştırıyor.

Bir olasılık, suyun, başlangıçta su açısından zengin bir nebuladan disk aşamasından önceki bir kalıntı olmasını gerektirir. Su, özellikle küçük toz parçacıklarını kapsayan donmuş haliyle oldukça yaygındır. Oluşan bir yıldızın yakınında ısıya maruz kaldığında, su buharlaşır ve diğer gazlarla karışır. Ne yazık ki, su molekülleri oldukça kırılgandır ve yakındaki yıldızdan gelen zararlı UV radyasyonu çarptığında hidrojen ve oksijen gibi daha küçük bileşenlere ayrılır. Bununla birlikte, toz ve su molekülleri gibi çevreleyen maddeler koruyucu bir kalkan görevi görür. Sonuç olarak, PDS 70 yakınında tespit edilen suyun en azından bir kısmı yıkımdan kurtulmuş olabilir.

Diğer bir kaynak da PDS 70 diskinin dış kenarlarından giren gaz olabilir. Belirli koşullar altında, oksijen ve hidrojen gazı birleşerek su buharı oluşturabilir. Ek olarak, hareket eden gazın sürtünmesi, belirgin dış toz halkasından içeri göç eden su açısından zengin toz parçacıklarını da çekebilir. Merkezdeki yıldız o kadar sönük ki, o halkanın mesafesindeki su buzu buharlaştıramıyor. Ancak toz taneleri yıldıza yakın iç diske girdiğinde buz gaza dönüşür.

Perotti, “Gerçek muhtemelen tüm bu seçeneklerin birleşiminde yatıyor” diyor. “Yine de, bir mekanizmanın PDS 70 diskinin su rezervuarını sürdürmede belirleyici bir rol oynaması muhtemeldir. Gelecekteki görev, bunun hangisi olduğunu bulmak olacaktır.”

Resmi tamamlamaya doğru

JWST ve MIRI güçlü araçlardır. Bununla birlikte, tüm resmin yalnızca bazı yönlerini sağlarlar. Mesajını iletmek için pek çok farklı renge ihtiyaç duyan bir tablo gibi, astronomlar bilgi elde etmek ve anlayışlarını tamamlamak için farklı türden gözlemler uygularlar ve çok çeşitli dalga boylarını kapsarlar.

Bu durumda ekip, PDS 70’ten alınan kızılötesi radyasyonu küçük dalga boyu aralıklarının imzalarına ayrıştırmak için MIRI’nin spektrografını kullandı; bu, tek bir rengi birçok farklı gölgeye ayırmaya benzer. Bu şekilde ekip, sıcaklıkları ve yoğunlukları hesaplamak için kullandıkları çok sayıda bireysel su imzasını izole etti.

Gökbilimciler, resmi tamamlamak için yer tabanlı teleskoplarla zaten ek gözlemler elde ettiler. Ek olarak, iç PDS 70 diskinin ayrıntılı görüntülerini verecek olan başka bir JWST gözlemleri setini de sabırsızlıkla bekliyorlar. Ve belki de yapısı, ek karasal gezegenlerin veya su rezervuarının içinde oluşan biraz daha büyük alt Neptünlerin ipuçlarını ortaya çıkaracaktır.