Güneşimiz dahil tüm yıldızlar bir toz ve gaz bulutundan doğar. Bu bulut aynı zamanda yıldızın yörüngesindeki gezegenleri de tohumlayabilir. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Güneş Sisteminin Başlangıcındaki Kararsızlık
Güneş sistemimizin neden böyle olduğuna ve diğerlerinin de neden böyle olduğuna dair yeni bir açıklama.
Michigan Eyalet Üniversitesi’nden Seth Jacobson ve Çin ve Fransa’daki meslektaşları, güneş sistemimizin nasıl evrimleştiğine dair galaktik bir gizemi çözmeye yardımcı olabilecek yeni bir teori ortaya çıkardılar. Spesifik olarak, gaz devleri nasıl – Jüpiter, Satürn, Uranüsve Neptün — oldukları yerde, onlar gibi güneşin etrafında mı dönüyorlar?
Bulgular, Dünya gibi karasal gezegenlerin nasıl geliştiğine ve ayrıca beşinci bir gaz devi gezegenin 50 milyar mil uzakta pusuya yatmış olabileceğine dair sonuçlar içeriyor.
“Güneş sistemimiz her zaman bugün olduğu gibi görünmedi. Doğa Bilimleri Koleji Yer ve Çevre Bilimleri Bölümü’nde yardımcı doçent olan Jacobson, tarihi boyunca gezegenlerin yörüngeleri kökten değişti” dedi. “Ama ne olduğunu anlayabiliriz.”
Bir sanatçının sunumu, genç bir yıldızın oluşumundan kalan gaz ve tozdaki bir yolu temizlediği varsayımsal bir erken güneş sistemini gösteriyor. Bu temizleme eylemi, yıldızın etrafında dönen gaz devlerinin yörüngelerini etkileyecektir. Kredi: NASA/JPL-Caltech/T. Pil (SSC)
Dergide yayınlanan araştırma Doğa 27 Nisan 2022, diğer güneş sistemlerindeki ve bizimkilerdeki gaz devlerine ne olduğuna dair bir açıklama sunuyor.
Güzel bir modeldir
Devasa, dönen kozmik gaz ve toz bulutları yıldızları doğurur. İlk güneş sistemi, güneşimiz tutuştuğunda hala ilkel bir gaz diskiyle doluydu ve gaz devleri de dahil olmak üzere gezegenlerin oluşumunda ve evriminde önemli bir rol oynadı.
20. yüzyılın sonlarında bilim adamları, gaz devlerinin başlangıçta güneşi düzenli, kompakt, eşit aralıklarla yerleştirilmiş yörüngelerde dolaştığına inanmaya başladılar. Ancak Jüpiter, Satürn ve diğerleri uzun süredir nispeten dikdörtgen, yanlış hizalanmış ve birbirinden ayrı yörüngelere yerleşmiş durumdalar.
MSU Yardımcı Doçent Seth Jacobson
Öyleyse şimdi araştırmacılar için soru şu: Neden?
2005 yılında, uluslararası bir bilim adamları ekibi, bu soruya bir dönüm noktası üçlüsünde bir cevap önerdi. Doğa kağıtlar. Çözüm ilk olarak Nice, Fransa’da geliştirildi ve Nice modeli olarak biliniyor. Bu gezegenler arasında bir kararsızlık olduğunu, nihayetinde onları mevcut yollarına sokan kaotik bir kütleçekimsel etkileşimler dizisi olduğunu öne sürüyor.
Jacobson, “Bu, insanların erken güneş sistemi hakkında nasıl düşündüklerinde tektonik bir değişimdi.” Dedi.
Nice modeli önde gelen bir açıklama olmaya devam ediyor, ancak son 17 yılda bilim adamları, Nice model istikrarsızlığını neyin tetiklediğini sormak için yeni sorular buldular.
Örneğin, başlangıçta gaz devi istikrarsızlığının, güneş sistemini doğuran ilkel gaz diskinin dağılmasından yüz milyonlarca yıl sonra meydana geldiği düşünülüyordu. Ancak Apollo misyonları tarafından ele geçirilen ay kayalarında bulunanlar da dahil olmak üzere daha yeni kanıtlar, bunun daha hızlı gerçekleştiğini gösteriyor. Bu aynı zamanda Dünya’ya ev sahipliği yapan iç güneş sisteminin nasıl evrimleştiğine dair yeni soruları da gündeme getiriyor.
Sean Raymond, Bordeaux Üniversitesi’nde astronom.
Çin’deki Zhejiang Üniversitesi’nden Beibei Liu ve Fransa’daki Bordeaux Üniversitesi’nden Sean Raymond ile birlikte çalışan Jacobson, istikrarsızlığın nasıl başladığıyla ilgili bir çözüm bulunmasına yardımcı oldu. Ekip yeni bir tetikleyici önerdi.
Jacobson, “Yeni fikrimizin sahadaki pek çok gerilimi gerçekten rahatlatabileceğini düşünüyorum çünkü önerdiğimiz şey, dev gezegen istikrarsızlığının ne zaman meydana geldiğine çok doğal bir cevap” dedi.
yeni tetikleyici
Fikir, Raymond ve Jacobsen’in 2019’da yaptıkları bir sohbetle başladı. Gaz devlerinin, ilkel gaz diskinin nasıl buharlaştığından dolayı mevcut yollarına koyulmuş olabileceğini teorileştirdiler. Bu, gezegenlerin güneş sisteminin evriminde, Nice modelinin orijinal olarak ortaya koyduğundan çok daha erken ve belki de onları oraya itecek istikrarsızlık olmadan nasıl yayıldığını açıklayabilir.
Raymond, “Nice modelinin güneş sistemini açıklamak için gerçekten gerekli olup olmadığını merak ettik” dedi. Disk dağıldıkça, belki de hiç dengesizleşmeden dev gezegenlerin bir ‘geri tepme’ etkisiyle yayılabileceği fikrini bulduk.”
Zhejiang Üniversitesi’nde araştırma profesörü olan Beibei Liu.
Raymond ve Jacobsen daha sonra, yıldızlarına yakın yörüngede dönen gaz diskleri ve büyük ötegezegenler (diğer güneş sistemlerindeki gezegenler) aracılığıyla bu geri tepme etkisi fikrine öncülük eden Liu’ya ulaştı.
Liu, “Güneş sistemimizdeki durum biraz farklı çünkü Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün daha geniş yörüngelere dağılmış durumda” dedi. “Birkaç beyin fırtınası seansından sonra, gaz diski içten dışa dağılırsa sorunun çözülebileceğini fark ettik.”
Raymond, ekibin bu içten dışa dağılmanın Nice model istikrarsızlığı için doğal bir tetikleyici sağladığını bulduğunu söyledi.
“Nice modelini yok etmek yerine güçlendirdik” dedi. “Bu, önyargılı fikirlerimizi test etmenin ve sonuçları nereye götürürlerse götürsün takip etmenin eğlenceli bir örneğiydi.”
Yeni tetikleyici ile istikrarsızlığın başlangıcındaki resim aynı görünüyor. Hala bir gaz ve toz bulutu ile çevrili yeni doğmakta olan bir güneş var. Bir avuç genç gaz devi, bu bulutun içinden düzgün, kompakt yörüngelerde yıldızın etrafında dönüyor.
“Bütün güneş sistemleri bir gaz ve toz diskinden oluşur. Jacobson, “Yıldızların nasıl oluştuğunun doğal bir yan ürünü” dedi. “Ama güneş açılıp nükleer yakıtını yakmaya başladığında, güneş ışığı üretir, diski ısıtır ve sonunda onu içten dışa üfler.”
Bu, gaz bulutunda güneş merkezli büyüyen bir delik yarattı. Delik büyüdükçe, kenarı gaz devlerinin yörüngelerinin her birini süpürdü. Bu geçiş, ekibin bilgisayar simülasyonlarına göre çok yüksek olasılıkla gerekli dev gezegen kararsızlığına yol açıyor. Nice modelinin yüz milyonlarca yıllık orijinal zaman çizelgesiyle karşılaştırıldığında, bu büyük gezegenleri mevcut yörüngelerine kaydırma süreci de hızlı ilerliyor.
Liu, “Kararsızlık, güneşin gaz diski dağıldığında erken ortaya çıkıyor ve güneş sisteminin doğumundan sonraki birkaç milyon ila 10 milyon yıl içinde sınırlı kalıyor” dedi.
Yeni tetik aynı zamanda dış güneş sisteminden ve iç güneş sisteminden gelen malzemelerin karıştırılmasına da yol açar. Dünya’nın jeokimyası, gezegenimiz henüz oluşmanın ortasındayken böyle bir karışımın gerçekleşmesi gerektiğini gösteriyor.
Jacobson, “Bu süreç gerçekten iç güneş sistemini harekete geçirecek ve Dünya bundan büyüyebilir.” Dedi. “Bu, gözlemlerle oldukça tutarlı.” Kararsızlık ve Dünya’nın oluşumu arasındaki bağlantıyı keşfetmek, grup için gelecekteki çalışmaların bir konusudur.
Son olarak, ekibin yeni açıklaması, bilim adamlarının kendi yıldızlarımızda gördüğümüz gibi konfigürasyonlarda yıldızlarının yörüngesinde dönen gaz devlerini gözlemlediği galaksimizdeki diğer güneş sistemleri için de geçerlidir.
Jacobson, “Biz galaksimizdeki bir güneş sisteminin sadece bir örneğiyiz” dedi. “Gösterdiğimiz şey, istikrarsızlığın farklı bir şekilde, daha evrensel ve daha tutarlı bir şekilde meydana geldiğidir.”
uzaydan gelen gezegen 9
Takımın makalesi bunu vurgulamasa da Jacobson, çalışmanın güneş sistemimizle ilgili en popüler ve zaman zaman hararetli tartışmalardan biri için çıkarımları olduğunu söyledi: Kaç tane gezegeni var?
Şu anda cevap sekiz, ancak ilk güneş sisteminde dört yerine beş gaz devi olduğunda Nice modelinin biraz daha iyi çalıştığı ortaya çıktı. Ne yazık ki, modele göre, bu ekstra gezegen, kalan gaz devlerinin yörüngelerini bulmasına yardımcı olan istikrarsızlık sırasında güneş sistemimizden çekiçle fırlatıldı.
Bir sanatçının Planet 9 anlayışı. Kredi: ESO/Tom Ruen/nagualdesign
Bununla birlikte, 2015 yılında Caltech araştırmacıları, güneş sisteminin eteklerinde, Neptün’den yaklaşık 47 milyar mil uzakta, güneşten yaklaşık 50 milyar mil uzakta, henüz keşfedilmemiş bir gezegen olabileceğine dair kanıtlar buldular.
Takma adı Planet X veya Planet 9 olan bu varsayımsal gezegenin veya Nice modelinin “ekstra” gezegeninin gerçekten var olduğuna dair hala somut bir kanıt yok. Ama eğer yaparlarsa, bir ve aynı olabilirler mi?
Jacobson ve meslektaşları, simülasyonlarıyla bu soruyu doğrudan yanıtlayamadılar, ancak bir sonraki en iyi şeyi yapabilirlerdi. Kararsızlık tetikleyicilerinin güneş sistemimizin mevcut resmini doğru bir şekilde yeniden ürettiğini bilmek, dört veya beş gaz devi ile başlayarak modellerinin daha iyi çalışıp çalışmadığını test edebilirler.
Jacobson, “Bizim için, dört veya beş ile başlarsanız sonuç çok benzerdi” dedi. “Beş ile başlarsanız, dört ile bitirmeniz daha olasıdır. Ancak dört ile başlarsanız, yörüngeler daha iyi eşleşir.”
Her iki durumda da, insanlığın yakında bir cevabı olmalı. 2023’ün sonunda faaliyete geçmesi planlanan Vera Rubin Gözlemevi, eğer oradaysa Gezegen 9’u tespit edebilmelidir.
Jacobson, “Gezegen 9 çok tartışmalı, bu yüzden gazetede vurgulamadık” dedi, “Ama bunun hakkında halkla konuşmayı seviyoruz.”
Güneş sistemimizin dinamik bir yer olduğunu, hala gizemlerle ve yapılmayı bekleyen keşiflerle dolu olduğunu hatırlatıyor.
Referans: Beibei Liu, Sean N. Raymond ve Seth A. Jacobson, 27 Nisan 2022, Nature, “Gazlı diskin dağılmasıyla tetiklenen Erken Güneş Sistemi kararsızlığı”.
DOI: 10.1038/s41586-022-04535-1