Trappist-1 gezegen sisteminin evrimi

Gezegenler, bir yıldızın yörüngesinde dönen ve kendilerine yetecek kadar kütle çekimine sahip olan, kendilerini kabaca küresel şekillere sokan, daha sonra da çevrelerindeki asteroitler ve uydular gibi daha küçük cisimlere kütle çekimi kuvveti uygulayan gök cisimleridir.

İnsanlık tarihinin büyük bölümünde, atalarımızın bildiği tek gezegenler gece gökyüzünde görebildikleriydi. Ancak son 30 yılda, dış gezegenlerin (kendi güneş sistemimizin dışındaki gezegenler) varlığını çıkarsayacak kadar hassas teleskoplar geliştirildi.

Elbette, ötegezegenleri doğrudan gözlemlemek yıldızları ve galaksileri gözlemlemekten çok daha zordur. Özellikle 2010 civarında başlayan neredeyse tüm ötegezegen keşifleri, gezegenlerin kendisinden ziyade ötegezegenlerin ana yıldızlarının fotometrik ölçümlerine (alınan ışık miktarı) dayanıyordu. Buna geçiş yöntemi denir.

Şimdi, 2005 yılında ilk ötegezegen tespitini gerçekleştiren Spitzer Uzay Teleskobu’nun, özellikle ötegezegenleri aramak için tasarlanan Kepler/KW Uzay Teleskobu’nun ve 2021 yılında fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu’nun yardımıyla, geçiş yöntemi ve diğer teknikler, binlerce yıldız sisteminde yaşayan 5.000’den fazla ötegezegenin varlığını doğruladı.

Caltech’te gezegen bilimi alanında doktora sonrası araştırma görevlisi ve Gezegen Bilimi Profesörü Konstantin Batygin’in grubunda çalışan Gabriele Pichierri, “İnceleyebileceğimiz tek şey kendi güneş sistemimiz olduğunda, gezegenlerin bugün bulunduğumuz yerlerde oluştuğunu varsayabilirdik” diyor.

“Ancak, 1995’te ilk dış gezegeni bile keşfettiğimizde, bu varsayımı yeniden gözden geçirmek zorunda kaldık. Gezegenlerin nasıl oluştuğu ve onları bulduğumuz yönelimlere nasıl geldikleri konusunda daha iyi modeller geliştiriyoruz.”

Çoğu dış gezegen, yeni oluşan yıldızların etrafındaki gaz ve toz diskinden oluşur ve daha sonra bu diskin iç sınırına yaklaşarak içeriye doğru göç etmeleri beklenir. Bu, kendi güneş sistemimizdeki durumdan çok daha yakın olan ana yıldıza yakın gezegen sistemlerini bir araya getirir.

Diğer faktörlerin yokluğunda, gezegenler kütlelerine ve gezegenler ile ana yıldızları arasındaki çekim kuvvetlerine bağlı olarak karakteristik mesafelerde birbirlerinden uzaklaşma eğiliminde olacaklardır. “Bu standart göç sürecidir,” diye açıklıyor Pichierri.

“Gezegenlerin konumları yörünge periyotları arasında rezonanslar oluşturur. Bir gezegenin yörünge periyodunu alıp komşu gezegenin yörünge periyoduna böldüğünüzde 3:2 gibi basit tam sayılar oranı elde edersiniz.”

Yani, örneğin, bir gezegenin yıldızının etrafında dönmesi iki gün sürüyorsa, daha uzaktaki bir sonraki gezegenin dönmesi üç gün sürecektir. Eğer o ikinci gezegen ve daha uzaktaki üçüncü bir gezegen de 3:2 rezonanstaysa, o zaman üçüncü gezegenin yörünge periyodu 4,5 gün olacaktır.

Yedi gezegene ev sahipliği yapan ve Dünya’dan yaklaşık 40 ışık yılı uzaklıkta bulunan Trappist-1 sistemi, birçok nedenden ötürü özel bir sistemdir. “Dış gezegenler, tabiri caizse, daha basit beklenen rezonanslarla düzgün davranıyor,” diyor Pichierri. “Ancak iç gezegenlerin rezonansları biraz daha baharatlı.”

Örneğin, b gezegeni ile c gezegeninin yörüngeleri arasındaki oran 8:5’tir ve c ile d gezegeni arasındaki oran 5:3’tür. “Trappist-1’in bir araya getirilmesinin sonucundaki bu dar tutarsızlık kafa karıştırıcıdır ve bir araya getirilmesinde hangi diğer süreçlerin rol oynadığını ayrıntılı olarak anlamak için harika bir fırsat sunmaktadır,” diyor.

“Ek olarak, çoğu gezegen sisteminin bu rezonans durumlarında başladığı düşünülüyor ancak bugün onları gözlemlememizden önce yaşam süreleri boyunca önemli istikrarsızlıklarla karşılaştılar,” diye açıklıyor Pichierri. “Çoğu gezegen istikrarsızlaşıyor veya birbirleriyle çarpışıyor ve her şey karışıyor.

“Örneğin, bizim güneş sistemimiz böyle bir istikrarsızlıktan etkilenmişti. Ancak, az çok bozulmamış örnekler olan, istikrarlı kalmış birkaç sistem biliyoruz. Bunlar, aslında, daha sonra yeniden inşa etmeye çalışabileceğimiz tüm dinamik geçmişlerinin bir kaydını sergiliyorlar. Trappist-1 bunlardan biri.”

O zamanki zorluk, Trappist-1 gezegenlerinin yörüngelerini ve şu anki yapılandırmalarına nasıl ulaştıklarını açıklayabilecek bir model geliştirmekti.

Ortaya çıkan model, içteki dört gezegenin başlangıçta beklenen 3:2 rezonans zincirinde tek başına evrimleştiğini öne sürüyor. Sadece diskin iç sınırı dışarı doğru genişledikçe yörüngeleri daha sıkı 3:2 zincirinden gevşeyerek bugün gözlemlediğimiz konfigürasyona dönüştü.

Başlangıçta diskin iç sınırında yer alan ve diskle birlikte dışarı doğru hareket eden dördüncü gezegen, daha sonraki bir aşamada gezegen sistemine üç dış gezegenin daha katılmasıyla içeriye doğru itildi.

“Disk iç kenarının geri çekilmesi sırasında Trappist-1 sisteminin iki adımda oluşturulması” başlıklı bu araştırmayı içeren makale, yayınlandı içinde Doğa Astronomi.

“Trappist-1’e bakarak, gezegen sistemlerinin evrimi için heyecan verici yeni hipotezleri test edebildik,” diyor Pichierri. “Trappist-1 çok ilginç çünkü çok karmaşık; uzun bir gezegen zinciri. Ve gezegen sistemi oluşumu hakkında alternatif teorileri test etmek için harika bir örnek.”