Yeni bulgular bunun nedenini ortaya koyuyor

Kendi güneş sistemimizin ötesinde kozmosta bulunan tüm gezegenlere bilimkurgu gibi gelen isim olan “ötegezegenler” çalışması oldukça yeni bir alandır. Kansas Üniversitesi ExoLab’daki gibi ötegezegen araştırmacıları esas olarak Hubble Uzay Teleskobu ve Webb Uzay Teleskobu gibi uzayda yerleşik teleskoplardan gelen verileri kullanıyor. Haber manşetleri ne zaman insanlığı destekleme potansiyeline sahip “Dünya benzeri” gezegenler veya gezegenlerle ilgili bulgular sunsa, kendi Samanyolu’muzdaki dış gezegenlerden bahsediyorlar.

Kansas Üniversitesi ExoLab’da doktora adayı olan Jonathan Brande yakın zamanda yayınladı bulgular içinde Astrofizik Günlük Mektupları Neptün’e benzer 15 ötegezegenin yeni atmosferik ayrıntılarını gösteriyor. Hiçbiri insanlığı destekleyemese de, onların davranışlarını daha iyi anlamak, neden küçük bir Neptün’e sahip olmadığımızı anlamamıza yardımcı olabilir; oysa çoğu güneş sistemi bu sınıftan bir gezegene sahip gibi görünüyor.

Brande, “KU’da son birkaç yıldır odak noktam, transmisyon spektroskopisi olarak bilinen bir teknikle ötegezegenlerin atmosferlerini incelemekti.” dedi. “Bir gezegen geçiş yaptığında, yani bizim görüş alanımız ile yörüngesinde döndüğü yıldız arasında hareket ettiğinde, yıldızdan gelen ışık gezegenin atmosferinden geçer ve mevcut çeşitli gazlar tarafından emilir. Yıldızın bir spektrumunu yakalayarak, ışığı içinden geçirerek Spektrograf adı verilen ve onu bir prizmadan geçirmeye benzeyen bir alet; bir gökkuşağını gözlemliyoruz, farklı kurucu renklerin parlaklığını ölçüyoruz. Spektrumdaki çeşitli parlaklık veya loşluk alanları, gezegenin atmosferindeki ışığı emen gazları ortaya çıkarıyor.”

Bu metodolojiyle Brande, birkaç yıl önce “sıcak Neptün” ötegezegeni TOI-674 b ile ilgili bir makale yayınladı; burada atmosferinde su buharının varlığına işaret eden gözlemler sundu. Bu gözlemler, Brande’nin danışmanı, KU’da fizik ve astronomi doçentliği yapan Ian Crossfield tarafından yönetilen, Neptün büyüklüğündeki dış gezegenlerin atmosferlerini gözlemlemek için yürütülen daha geniş bir programın parçasıydı.

Brande, “Dünya’dan biraz daha büyük ve Neptün’den daha küçük olanların galakside en yaygın olanları olduğu göz önüne alındığında, bu gezegenlerin davranışlarını anlamak istiyoruz” dedi.

Bu yeni makale, bazı gezegenlerin neden bulutlu, diğerlerinin ise açık göründüğünü ele almak için ek gözlemlerden elde edilen verileri birleştirerek söz konusu programdaki gözlemleri özetlemektedir.

Brande, “Amaç, bu gezegenlerin farklı görünümlerinin ardındaki fiziksel açıklamaları araştırmak” dedi.

Brande ve ortak yazarları, ötegezegenlerin atmosferlerinin üst kısımlarında bulutlar veya sisler oluşturma eğiliminde olduğu bölgelere özellikle dikkat çekti. KU araştırmacısı, bu tür atmosferik aerosoller mevcut olduğunda, buğuların atmosferden süzülen ışığı engelleyebileceğini söyledi.

Brande, “Bir gezegenin yüzeyinin hemen üstünde, üzerinde yüzlerce kilometre temiz hava bulunan bir bulut varsa, yıldız ışığı temiz havadan kolayca geçebilir ve yalnızca atmosferin o kısmındaki belirli gazlar tarafından emilebilir” dedi. “Ancak bulut çok yükseğe yerleştirilmişse, bulutlar elektromanyetik spektrum boyunca genellikle opaktır. Hubble ile nispeten dar bir aralığa odaklandığımız çalışmamızda puslar spektral özelliklere sahip olsa da çoğunlukla düz spektrumlar da üretirler.”

Brande’a göre, bu aerosoller atmosferin yüksek kısımlarında mevcut olduğunda, ışığın filtrelenmesi için açık bir yol bulunmuyor.

“Hubble’da en hassas olduğumuz gaz su buharıdır” dedi. “Bir gezegenin atmosferinde su buharı gözlemlersek, bu onun emilimini engelleyecek kadar yüksekte bulut bulunmadığının iyi bir göstergesidir. Tam tersine, eğer su buharı gözlemlenmiyorsa ve gezegenin öyle olması gerektiğini bilmemize rağmen yalnızca düz bir spektrum görülüyorsa, bu iyi bir göstergedir.” Genişletilmiş bir atmosfer, yüksek irtifalarda bulutların veya sislerin muhtemel varlığına işaret ediyor.”

Brande, aralarında KU’daki Crossfield ve Heidelberg, Almanya’daki Max Planck Enstitüsü’nden işbirlikçilerinin, Laura Kreidberg liderliğindeki bir grubun ve Caroline liderliğindeki Austin Texas Üniversitesi’ndeki araştırmacıların da bulunduğu uluslararası bir gökbilimciler ekibinin makale üzerinde yaptığı çalışmalara liderlik etti. Morley.

Brande ve ortak yazarları, küçük Neptün atmosferlerinin fiziksel parametrelerini belirlemeye odaklanarak analizlerine önceki çalışmalarından farklı bir şekilde yaklaştılar. Buna karşılık, önceki analizler genellikle gözlemlere tek bir model spektrumunun uydurulmasını içeriyordu.

Brande, “Genellikle araştırmacılar, önceden hesaplanmış su içeriğine sahip atmosferik bir modeli alıp, bunu örneklerinde gözlemlenen gezegenlere uyacak şekilde ölçeklendirip kaydırır” dedi. “Bu yaklaşım, spektrumun açık mı yoksa bulutlu mu olduğunu gösteriyor ancak su buharı miktarı veya atmosferdeki bulutların konumu hakkında hiçbir bilgi vermiyor.”

Bunun yerine Brande “atmosferik erişim” olarak bilinen bir teknik kullandı.

“Bu, atmosferin su buharı miktarı ve bulut konumu gibi çeşitli gezegen parametrelerine göre modellenmesini, en uygun konfigürasyonu bulmak için yüzlerce ve binlerce simülasyonun yinelenmesini içeriyordu” dedi.

“Geri almalarımız bize her gezegen için en uygun model spektrumunu verdi ve bundan gezegenin ne kadar bulutlu veya açık göründüğünü hesapladık. Daha sonra ölçülen bu netlikleri Caroline Morley’in ayrı bir model paketiyle karşılaştırdık ve bu da şunu görmemizi sağladı: Sonuçlarımızın benzer gezegenlere ilişkin beklentilerle aynı doğrultuda olduğu Bulut ve pus davranışını incelerken modellerimiz, bulutların puslardan daha uygun olduğunu gösterdi.

“Bulut yoğunluğunu yansıtan sedimantasyon verimliliği parametresi, gözlemlenen gezegenlerin nispeten düşük sedimantasyon verimliliğine sahip olduğunu ve bunun sonucunda kabarık bulutların oluştuğunu ileri sürdü. Su damlacıkları gibi parçacıklardan oluşan bu bulutlar, düşük yerleşme eğilimleri nedeniyle atmosferde yüksekte kaldı.”

Brande’nin bulguları, bu gezegensel atmosferlerin davranışlarına ilişkin içgörüler sağlıyor ve bunları Amerikan Astronomi Topluluğu’nun yakın tarihli bir toplantısında sunduğunda “önemli bir ilgiye” neden oldu.

Diğer bulgular

Üstelik Brande, Balık takımyıldızında, Dünya’dan 97 ışıkyılı uzaklıkta, Venüs kadar sıcak bir gezegen olan GJ 9827d’de su buharı bulgularını açıklayan Crossfield liderliğindeki uluslararası gözlem programının bir parçası.

Hubble Uzay Teleskobu ile yapılan gözlemler, gezegenin Samanyolu’ndaki su zengini gezegenlerden sadece bir tanesi olabileceğini gösteriyor. Bunlar, Montréal Üniversitesi’ndeki Trottier Ötegezegen Araştırma Enstitüsü’nden Pierre-Alexis Roy liderliğindeki bir ekip tarafından açıklandı.

Brande, “Neptün altı tipi gezegenlerin atmosferlerinde su buharı arıyorduk” dedi. “Pierre-Alexis’in makalesi bu ana çabanın en sonuncusu çünkü su buharı tespitini gerçekleştirmek için gezegenin yaklaşık 10 veya 11 yörüngesi veya geçişini gerektirdi. Pierre-Alexis’in spektrumu, trend veri noktalarımızdan biri olarak makalemize girdi. Önerilerindeki tüm gezegenleri ve literatürde incelenen diğer gezegenleri dahil ederek sonuçlarımızı daha güçlü hale getirdik.Güncellenmiş sonuçları doğru kullandığımızdan ve bulgularını doğru şekilde yansıttığımızdan emin olmak için her iki makalenin hazırlanması sürecinde de onlarla yakın iletişim halindeydik. “