Bir ötegezegenin karanlık tarafını incelerken bulduklarımız

Gökbilimciler Güneş’ten başka bir yıldızın yörüngesinde dönen ilk gezegeni keşfettiklerinden beri, kendi Güneş Sistemimizdekilere çok benzemeyen birçok dünya bulduk. Bu “ötegezegenlerin” çoğu, birkaç günde bir ana yıldızlarına yakın yörüngede dönen, kabaca Jüpiter büyüklüğünde büyük, gazlı gezegenlerdir.

Bu “sıcak Jüpiterleri” ana yıldızlarından gelen parıltıda saklandıkları için doğrudan göremesek de, geçiş yöntemini kullanarak tespit edilmesi en kolay gezegenlerdir. Bu, ana yıldızlarının önünden geçtiklerinde dolaylı olarak varlıklarını çıkararak ve yıldız ışığının bir kısmını bloke ederek çalışır.

Geçiş sırasında, yıldız ışığında atmosferden süzülen farklı gazları tespit ederek atmosferik bileşimi de ölçebiliriz. Ancak bu bize yalnızca gezegenin bir bölgesindeki koşullar hakkında bilgi verir. WASP-121b olarak adlandırılan ötegezegen üzerinde yapılan yeni bir çalışmada, yayınlanan Doğa Astronomisıcak bir Jüpiter’in küresel atmosferini benzeri görülmemiş ayrıntılarla doğrudan araştırmayı başardık.

Ana yıldızlarına çok yakın yörüngede dönen gezegenler, bir tarafı sürekli gün ışığında, bir tarafı sürekli gece olacak şekilde kilitlenir. Bu yörüngenin tam olarak ne kadar yakın olduğuna bağlı olarak, “gündüz tarafı” aşırı yüksek sıcaklıklara ulaşabilir, hatta bazen en soğuk yıldızlarınkini bile aşabilir. Yıldız ve gezegen arasındaki toplam ışık miktarındaki farkı ve yıldızın kendi başına farkını hesaplayarak gündüz sıcaklığını ölçebiliriz.

WASP-121b keşfedildi tarafından SuperWASP teleskopu 2015’te gündüzleri 2.500 K (2,226,85°C) üzerinde sıcaklıklara ulaşır. Gaz devi gezegenler büyük ölçüde moleküler hidrojen ve helyumdan oluşur ve su buharı gibi diğer gazların küçük izleri bulunur. Bununla birlikte, bu tür aşırı sıcaklıklarda, moleküller ayrı atomlara ayrılmaya başlayabilir ve elektronlar atom çekirdeğinden koparılabilir – bu da diğer gezegenlerde gördüğümüzden büyük ölçüde farklı olan atmosferik kimyaya yol açar.

Yine de büyük bir soru, WASP-121b gibi ultra sıcak bir gezegenin karanlık “gece tarafında” ne olduğudur. Bu taraf herhangi bir yıldız ışığı almıyor ama sonsuza kadar uzayın dondurucu derinliklerine bakıyor. Isınmasının tek yolu, gezegenin atmosferinde gündüzden ısı taşıyan rüzgarlardır. Yine de çok kuvvetli rüzgarlarda bile, en sıcak gezegenler için gece ve gündüz tarafları arasında muazzam sıcaklık farkları olmasını bekliyoruz ve bunun atmosferdeki kimyasal süreçler için de zincirleme etkileri olması muhtemel.

Gece tarafında neler olduğunu öğrenmenin tek yolu, gezegeni ve yıldızı birlikte en az bir tam yörüngede gözlemlemeye çalışmaktır. Daha sonra, gezegenin farklı yüzleri görüntüye dönerken, sistemden gelen ışıktaki çok küçük değişiklikleri farklı dalga boylarında ölçebiliriz.

Bu, gezegenin yüzey gaz tabakasının haritasını çıkarmamızı ve gündüz ve gece koşullarını karşılaştırmamızı sağlar. Şu anda sadece bir avuç gezegen için mümkün, çünkü aradığımız sinyaller çok küçük. Ancak yeni fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ile bunu daha geniş bir alana uygulayabilmeliyiz.

Ekibimiz, Hubble Uzay Teleskobu’nu kullanarak gezegenin iki tam yörüngesini gözlemleyerek WASP-121b’nin bu ölçümünü yapabildi. Hubble’da, ışık tayfının, gezegenin atmosferindeki su buharına duyarlı olan yakın kızıl ötesi kısmına bakan bir alet kullandık. Atmosferin o bölümünde mevcut su buharı miktarını ve farklı yüksekliklerdeki sıcaklığı ölçmek için yörüngenin her aşamasındaki gözlemleri bilgisayar tarafından oluşturulan modellerle karşılaştırdık.

Su döngüsü ve bulutlar

Gündüz ve gece arasındaki sıcaklıkların 1.000°C’den fazla, gece tarafında yaklaşık 1.500K (1.226.85°C) ile gündüz daha yüksek irtifalarda 2.500K (2.226.85°C) arasında farklılık gösterdiğini bulduk. Aşırı sıcaklık farkı nedeniyle, gündüz tarafındaki yüksek su buharı miktarı gece tarafına kıyasla azalır – moleküller aşırı gündüz sıcaklıklarında parçalanır, ancak hava gece tarafına doğru hareket ederken soğuduğunda yeniden birleşir.

Bu, WASP-121b’nin bir şeye sahip olduğu anlamına gelir. su döngüsüne benzer. Ancak, WASP-121b’de, Dünya’da olduğu gibi, suyun bir gaz olarak buharlaşmadan önce bir sıvıya dönüşmesi ve bulutlar oluşturması yerine, yok edilen ve sonra yeniden şekillendirilen su moleküllerinin kendileridir.

Bu, bulutların olmadığı anlamına gelmez. En azından gece tarafında, gezegen minerallerin (genellikle Dünya’daki katı kayalarda bulunan, ancak aşırı sıcak gezegenlerin atmosferlerinde gaz olarak tespit edilen bileşiklerin) yoğunlaşması ve bulutları oluşturması için yeterince soğuktur. WASP-121b’nin karanlık tarafındaki gökyüzü, yakut veya safirle beneklenmiş bile olabilir, çünkü ölçümlerimiz, değerli taş oluşturan mineral korundumun küçük, tozlu parçacıklar halinde yoğunlaşması için atmosferin doğru sıcaklık olduğunu ortaya koyuyor.

WASP-121b’nin su döngüsünü gözlemlemek, aşırı sıcak gezegenler hakkındaki bazı tahminlerimizi doğrulamamıza yardımcı olur ve ayrıca bize atmosferlerin bu koşullar altında nasıl davrandığı hakkında daha fazla bilgi edinme fırsatı verir. Bir sonraki adım, aynı ölçümleri daha fazla gezegen için yapmak ve gördüğümüz sonuçları karşılaştırmaktır. JWST ile tam olarak bunu yapmayı ve daha net bir resim için WASP-121b ölçümlerimizi tekrarlamayı dört gözle bekliyoruz.

Bu makale şuradan yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.