NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, buzlu çakıl taşlarının proto-gezegen disklerinin daha soğuk kısımlarından içeri doğru sürüklenerek gezegenler oluşturduğu teorisini destekleyen kanıtlar sağladı; bu süreç, artık su buharı geçişlerinin gözlemlenmesiyle de doğrulandı.
Sürüklenen çakıl taşları, gezegeni oluşturan disklerin iç bölgelerine su sağlar
Gezegenler nasıl doğar? Bilim adamları uzun zamandır buzla kaplı çakıl taşlarının gezegen oluşumunun tohumları olduğunu öne sürüyorlardı. Bu buzlu katıların, onu çevreleyen diskin soğuk dış kısımlarından yeni doğmuş yıldıza doğru sürüklendiği düşünülüyor. Teori, bu çakıl taşlarının yıldıza daha yakın olan daha sıcak bölgeye girdikçe, önemli miktarda soğuk su buharı salarak, yeni oluşan gezegenlere hem su hem de katı madde dağıtacağını öngörüyor.
Şimdi James Webb Uzay Teleskobu bu sürecin işleyişine tanık oldu ve iç diskteki su buharı ile buzlu çakıl taşlarının dış diskten sürüklenmesi arasındaki bağlantıyı ortaya çıkardı. Bu bulgu, kayalık gezegen oluşumu çalışmalarına heyecan verici, yeni ufuklar açıyor.
Bu sanatçının konsepti, yeni doğmuş Güneş benzeri yıldızların etrafındaki iki tip tipik gezegen oluşturan diski karşılaştırıyor. Solda bir kompakt disk, sağda ise boşlukları olan genişletilmiş bir disk var. Webb’i kullanan bilim insanları yakın zamanda iki kompakt ve iki uzatılmış olmak üzere dört protogezegen diski üzerinde çalıştı. Araştırmacılar gözlemlerini, kompakt gezegen oluşturan disklerin iç bölgelerinde, boşluklara sahip geniş gezegen oluşturan disklerden daha fazla suya sahip olup olmadığını test etmek için tasarladılar. Bu, kompakt disklerdeki buzla kaplı çakıl taşlarının yıldıza daha yakın bölgelere daha verimli bir şekilde sürüklenmesi ve yeni oluşan kayalık iç gezegenlere büyük miktarda katı madde ve su iletmesi durumunda meydana gelebilir.
Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
NASA’nın Webb Uzay Teleskobu Bulguları Uzun Süredir Önerilen Gezegen Oluşum Sürecini Destekliyor
Bilim adamları kullanıyor NASAJames Webb Uzay Teleskobu, gezegenlerin nasıl oluştuğunu açığa çıkaracak çığır açıcı bir keşifte bulundu. Webb, proto-gezegen disklerindeki su buharını gözlemleyerek, buzla kaplı katıların diskin dış bölgelerinden kayalık gezegen bölgesine sürüklenmesini içeren fiziksel bir süreci doğruladı.
Teoriler uzun zamandır protogezegen disklerinin soğuk, dış bölgelerinde (güneş sistemimizde kuyruklu yıldızların ortaya çıktığı bölge) oluşan buzlu çakıl taşlarının gezegen oluşumunun temel tohumları olması gerektiğini öne sürüyordu. Bu teorilerin temel gerekliliği, gaz diskindeki sürtünme nedeniyle çakıl taşlarının yıldıza doğru içeriye doğru sürüklenmesi ve gezegenlere hem katı madde hem de su iletilmesidir.
Teorik Tahminlerin Doğrulanması
Bu teorinin temel tahminlerinden biri, buzlu çakıl taşlarının, buzun buhara dönüştüğü “kar çizgisi” içindeki daha sıcak bölgeye girdiklerinde, büyük miktarlarda soğuk su buharı salmaları gerektiğidir. Bu tam olarak Webb’in gözlemlediği şeydi.
Teksas Eyalet Üniversitesi’nden San Marcos, Teksas’tan baş araştırmacı Andrea Banzatti, “Webb sonunda iç diskteki su buharı ile buzlu çakıl taşlarının dış diskten sürüklenmesi arasındaki bağlantıyı ortaya çıkardı” dedi. “Bu bulgu, Webb ile kayalık gezegen oluşumunu incelemek için heyecan verici olasılıkların önünü açıyor!”
Bu grafik, halkaları olmayan bir kompakt disk olan GK Tau diski ile farklı yörüngelerde en az üç halkaya sahip olan genişletilmiş CI Tau diskindeki sıcak ve soğuk suya ait spektral verileri karşılaştırmaktadır. Bilim ekibi, spektrumları farklı sıcaklıklardaki suyu araştıran bireysel çizgilere ayırmak için MIRI’nin MRS’sinin (Orta Çözünürlüklü Spektrometre) benzeri görülmemiş çözme gücünü kullandı. Üstteki grafikte görülen bu spektrumlar, büyük CI Tau diskiyle karşılaştırıldığında kompakt GK Tau diskindeki aşırı soğuk suyu açıkça ortaya koyuyor.
Alttaki grafik, kompakt GK Tau diskindeki aşırı soğuk su verileri eksi genişletilmiş CI Tau diskindeki soğuk su verilerini gösterir. Mor renkli gerçek veriler, soğuk suyun model spektrumu üzerine yerleştirilmiştir. Ne kadar yakın hizalandıklarına dikkat edin.
Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Andrea Banzatti (Texas Eyalet Üniversitesi)
New York Poughkeepsie’deki Vassar Koleji’nden ekip üyesi Colette Salyk şöyle açıklıyor: “Geçmişte, gezegen oluşumunun oldukça statik bir tablosu vardı; neredeyse gezegenlerin oluştuğu izole bölgeler varmış gibi.” “Artık aslında bu bölgelerin birbirleriyle etkileşime girebileceğine dair kanıtlarımız var. Aynı zamanda güneş sistemimizde de olduğu öne sürülen bir şey.”
Webb’in Gücünden Yararlanmak
Araştırmacılar, Güneş benzeri yıldızların etrafındaki iki kompakt ve iki uzatılmış dört diski incelemek için Webb’in MIRI’sini (Orta Kızılötesi Enstrüman) kullandılar. Bu yıldızların dördünün de 2 ila 3 milyon yıl yaşında olduğu tahmin ediliyor; kozmik zamanda henüz yeni doğmuşlar.
İki kompakt diskin, çakıl taşlarını etkili bir şekilde sürüklenmesi ve çakıl taşlarının eşit bir mesafe içindeki kuyuya iletilmesi bekleniyor. Neptünyörüngesi. Buna karşılık, uzatılmış disklerin çakıl taşlarının Neptün’ün yörüngesinin altı katına kadar çok sayıda halkada tutulması bekleniyor.
Bu grafik, disklerdeki su buharına duyarlı olan Webb’in Orta Kızılötesi Enstrüman MIRI’sinden elde edilen verilerin bir yorumudur. Kompakt bir diskteki çakıl taşı sürüklenmesi ve su içeriği ile halkaları ve boşlukları olan uzatılmış bir disk arasındaki farkı gösterir. Soldaki kompakt diskte, buzla kaplı çakıl taşları yıldıza daha yakın olan daha sıcak bölgeye doğru içeri doğru sürüklenirken hiçbir engelle karşılaşmıyorlar. Kar çizgisini geçtiklerinde buzları buhara dönüşür ve yeni oluşan kayalık iç gezegenleri zenginleştirmek için büyük miktarda su sağlar. Sağda halkaları ve boşlukları olan uzatılmış bir disk var. Buzla kaplı çakıl taşları içeriye doğru yolculuklarına başlarken çoğu boşluklar tarafından durduruluyor ve halkaların arasında sıkışıp kalıyor. Daha az buzlu çakıl taşı, diskin iç bölgesine su iletmek için kar hattını geçebilir.
Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Webb gözlemleri, kompakt disklerin iç kayalık gezegen bölgelerinde daha yüksek su bolluğuna sahip olup olmadığını belirlemek için tasarlandı; beklendiği gibi çakıl sürüklenmesi daha verimliyse ve iç gezegenlere çok fazla katı kütle ve su iletiyorsa beklendiği gibi. Ekip, disklerdeki su buharına duyarlı olduğu için MIRI’nin MRS’sini (Orta Çözünürlüklü Spektrometre) kullanmayı seçti.
Sonuçlar, büyük disklerle karşılaştırıldığında kompakt disklerde aşırı soğuk suyun ortaya çıkmasıyla beklentileri doğruladı.
Çakıl taşları sürüklendikçe, bir basınç tümseğiyle (basıncın artmasıyla) karşılaştıklarında orada toplanma eğilimi gösterirler. Bu basınç tuzakları çakıl taşlarının sürüklenmesini mutlaka durdurmaz ancak engeller. Halkalar ve boşluklar içeren büyük disklerde bu oluyor gibi görünüyor.
Mevcut araştırmalar, büyük gezegenlerin, çakıl taşlarının birikme eğiliminde olduğu artan basınç halkalarına neden olabileceğini öne sürüyor. Bu aynı zamanda bir rol olabilirdi Jüpiter Güneş sistemimizde küçük, iç kısımdaki ve nispeten su açısından fakir kayalık gezegenlerimize çakıl taşlarını ve su dağıtımını engelliyor.
Webb’in Verileriyle Gizemleri Çözmek
Veriler ilk geldiğinde sonuçlar araştırma ekibi için kafa karıştırıcıydı. Banzatti, “İki ay boyunca, bize kompakt disklerin daha soğuk suya, büyük disklerin ise daha sıcak suya sahip olduğunu söyleyen bu ön sonuçlara takılıp kaldık” diye hatırladı. “Bu hiç mantıklı değildi çünkü çok benzer sıcaklıklara sahip yıldızlardan oluşan bir örnek seçmiştik.”
Ancak Banzatti, kompakt disklerdeki verileri büyük disklerdeki verilerin üzerine yerleştirdiğinde yanıt açıkça ortaya çıktı: Kompakt disklerde, kar sınırının hemen içinde, Neptün’ün yörüngesinden yaklaşık on kat daha yakın olan ekstra soğuk su var.
Banzatti, “Artık nihayet açık bir şekilde fazlalığın daha soğuk su olduğunu görüyoruz” dedi. “Bu benzeri görülmemiş bir durum ve tamamen Webb’in yüksek çözümleme gücünden kaynaklanıyor!”
Takımın sonuçları 8 Kasım tarihli sayısında yer alıyor. Astrofizik Günlük Mektupları.
Referans: Andrea Banzatti, Klaus M. Pontoppidan, John S. Carr, Evan Jellison, Ilaria Pascucci, Joan R. Najita, Carlos E. Muñoz tarafından yazılan “JWST, Kompakt Disklerde Kar Hattının Yakınındaki Aşırı Soğuk Suyu Ortaya Çıkarıyor, Çakıl Taşı Kayması ile Tutarlı” -Romero, Karin I. Öberg, Anusha Kalyaan, Paola Pinilla, Sebastiaan Krijt, Feng Long, Michiel Lambrechts, Giovanni Rosotti, Gregory J. Herczeg, Colette Salyk, Ke Zhang, Edwin A. Bergin, Nicholas P. Ballering, Michael R. Meyer ve Simon Bruderer, 8 Kasım 2023, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/acf5ec
James Webb Uzay Teleskobu dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözüyor, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakıyor ve evrenimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini ve onun içindeki yerimizi araştırıyor. Webb, NASA’nın ortakları ESA ile birlikte yürüttüğü uluslararası bir programdır (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı.