Simülasyonlar, süper Dünyaların boyut dağılımındaki gizemli boşluğa potansiyel açıklama sağlıyor

Normalde, güneş sistemi gibi gelişmiş gezegen sistemlerindeki gezegenler, merkez yıldızlarının etrafında sabit yörüngeler izlerler. Ancak birçok belirti, bazı gezegenlerin erken evrimleri sırasında içe veya dışa doğru göç ederek doğdukları yerlerden ayrılabileceklerini gösteriyor.

Bu gezegensel göç, araştırmacıları birkaç yıldır şaşırtan bir gözlemi de açıklayabilir: Yarıçap vadisi veya boşluğu olarak bilinen, Dünya’nın yaklaşık iki katı büyüklüğünde nispeten az sayıda dış gezegen. Tersine, bu boyuttan daha küçük ve daha büyük birçok ötegezegen var.

Heidelberg’deki Max Planck Astronomi Enstitüsü’nde (MPIA) dış gezegen araştırmacısı Remo Burn, “Altı yıl önce, Kepler uzay teleskobundan alınan verilerin yeniden analizi, yaklaşık iki Dünya yarıçapına sahip dış gezegenlerde eksiklik olduğunu ortaya çıkardı” diye açıklıyor. Bu makalede özetlenen bulguları bildiren makalenin baş yazarıdır ve şu anda şu anda yayımlanmıştır: Doğa Astronomi.

Yarıçap vadisi nereden geliyor?

Ulusal Araştırma Yetkinliği Merkezi’nin (NCCR) bir üyesi olan ortak yazar Christoph Mordasini, “Aslında biz de, diğer araştırma grupları gibi, bu gözlemden önce bile hesaplamalarımıza dayanarak böyle bir boşluğun var olması gerektiğini tahmin etmiştik” diye açıklıyor. Gezegenler. Bern Üniversitesi Uzay Araştırmaları ve Gezegen Bilimleri Bölümü’ne başkanlık ediyor. Bu tahmin, uzun yıllardır Bern Üniversitesi ile bu alanda ortak araştırma yapan MPIA’da bilim insanı olarak görev yaptığı dönemde ortaya çıktı.

Böyle bir yarıçap vadisinin ortaya çıkışını açıklamak için en yaygın olarak önerilen mekanizma, gezegenlerin, merkezdeki yıldızdan gelen ışınım, özellikle de hidrojen ve helyum gibi uçucu gazlar nedeniyle orijinal atmosferlerinin bir kısmını kaybedebilecekleridir. Burn, “Ancak bu açıklama gezegensel göçün etkisini göz ardı ediyor” diye açıklıyor.

Gezegenlerin belirli koşullar altında zamanla gezegen sistemleri içerisinde içe ve dışa doğru hareket edebildikleri yaklaşık 40 yıldır bilinmektedir. Bu göçün ne kadar etkili olduğu ve gezegen sistemlerinin gelişimini ne ölçüde etkilediği, yarıçap vadisinin oluşumuna katkısını etkilemektedir.

Esrarengiz Neptünler

Boşluğu çevreleyen boyut aralığında iki farklı ötegezegen türü yaşamaktadır. Bir tarafta, Dünya’dan daha büyük kütleye sahip olabilen ve dolayısıyla süper Dünya olarak adlandırılan kayalık gezegenler var. Öte yandan gökbilimciler, ortalama olarak süper Dünyalardan biraz daha büyük olan, uzak gezegen sistemlerinde alt Neptünler (aynı zamanda mini Neptünler) olarak adlandırılanları giderek daha fazla keşfediyorlar.

Burn, “Ancak güneş sisteminde bu sınıf ötegezegenlere sahip değiliz” diye belirtiyor. “Bu nedenle bugün bile yapılarından ve bileşimlerinden tam olarak emin değiliz.”

Yine de gökbilimciler, bu gezegenlerin kayalık gezegenlere göre önemli ölçüde daha geniş bir atmosfere sahip olduğu konusunda genel olarak hemfikirdir. Sonuç olarak, bu alt-Neptünlerin özelliklerinin yarıçap boşluğuna nasıl katkıda bulunduğunu anlamak belirsizdir. Bu boşluk, bu iki tür dünyanın farklı şekilde oluştuğunu gösterebilir mi?

Gezici buz gezegenleri

Cenevre Üniversitesi’nden Julia Venturini, “2020’de yayınladığımız simülasyonlara dayanarak, en son sonuçlar, Neptün altıların doğumlarından sonraki evriminin, gözlemlenen yarıçap vadisine önemli ölçüde katkıda bulunduğunu gösteriyor ve doğruluyor.” PlanetS işbirliğinin bir üyesidir ve 2020 çalışmasına liderlik etmiştir.

Gezegenlerin yıldızlardan çok az ısınma radyasyonu aldığı, doğdukları yerlerin buzlu bölgelerinde, Neptün altı gezegenlerin boyutları gerçekten de gözlemlenen dağılımda eksik olmalıdır. Muhtemelen buzlu gezegenler yıldıza yaklaştıkça buzlar erir ve sonunda kalın bir su buharı atmosferi oluşur.

Bu süreç gezegen yarıçaplarının daha büyük değerlere kaymasıyla sonuçlanır. Sonuçta, gezegen yarıçaplarını ölçmek için kullanılan gözlemler, belirlenen boyutun yalnızca gezegenin katı kısmından mı yoksa ek olarak yoğun bir atmosferden mi kaynaklandığını ayırt edemez.

Aynı zamanda, önceki resimde de belirtildiği gibi, kayalık gezegenler atmosferlerini kaybederek “küçülüyor”. Genel olarak, her iki mekanizma da boyutları iki Dünya yarıçapı civarında olan gezegenlerin eksikliğine neden oluyor.

Gezegen sistemlerini simüle eden fiziksel bilgisayar modelleri

MPIA Direktörü Thomas Henning, “Bern-Heidelberg grubunun teorik araştırması, geçmişte gezegen sistemlerinin oluşumu ve bileşimine ilişkin anlayışımızı önemli ölçüde ilerletti” diye açıklıyor. “Bu nedenle mevcut çalışma, uzun yıllar süren ortak hazırlık çalışmalarının ve fiziksel modellerde yapılan sürekli iyileştirmelerin sonucudur.”

En son sonuçlar, gezegen oluşumunu ve ardından gelen evrimi izleyen fiziksel modellerin hesaplamalarından kaynaklanmaktadır. Genç yıldızları çevreleyen gaz ve toz disklerinde yeni gezegenlerin ortaya çıkmasına neden olan süreçleri kapsarlar. Bu modeller atmosferlerin ortaya çıkmasını, farklı gazların karışmasını ve radyal göçü içerir.

Burn, “Bu çalışmanın merkezinde, gezegenlerin ve atmosferlerinin içinde meydana gelen basınç ve sıcaklıklardaki suyun özellikleri vardı” diye açıklıyor. Suyun geniş bir basınç ve sıcaklık aralığında nasıl davrandığını anlamak simülasyonlar için çok önemlidir. Bu bilgi ancak son yıllarda yeterli kalitede olmuştur. Neptün altı davranışının gerçekçi bir şekilde hesaplanmasına izin veren, dolayısıyla daha sıcak bölgelerdeki geniş atmosferlerin tezahürünü açıklayan da bu bileşendir.

Henning, “Bu durumda olduğu gibi, moleküler düzeydeki fiziksel özelliklerin, gezegen atmosferlerinin oluşumu gibi büyük ölçekli astronomik süreçleri nasıl etkilediği dikkate değer” diye ekliyor.

Mordasini, “Sonuçlarımızı suyun sıvı olduğu daha soğuk bölgelere genişletirsek, bu, derin okyanuslara sahip su dünyalarının varlığına işaret edebilir” diyor. “Bu tür gezegenler potansiyel olarak hayata ev sahipliği yapabilir ve boyutları nedeniyle biyobelirteçleri aramak için nispeten basit hedefler olabilir.”

İleride daha fazla çalışma

Ancak mevcut çalışma sadece önemli bir kilometre taşıdır. Simüle edilen boyut dağılımı gözlemlenenle yakından eşleşse ve yarıçap boşluğu doğru yerde olsa da ayrıntılarda hala bazı tutarsızlıklar var. Örneğin, hesaplamalarda çok fazla buz gezegeni merkezdeki yıldıza çok yakın oluyor. Ancak araştırmacılar bu durumu bir dezavantaj olarak görmüyor ancak bu yolla gezegen göçü hakkında daha fazla bilgi edinmeyi umuyorlar.

James Webb Uzay Teleskobu (JWST) veya yapım aşamasında olan Son Derece Büyük Teleskop (ELT) gibi teleskoplarla yapılan gözlemler de yardımcı olabilir. Boyutlarına bağlı olarak gezegenlerin bileşimini belirleyebilecekler ve böylece burada anlatılan simülasyonlar için bir test sağlayabilecekler.

Bu çalışmaya katılan MPIA bilim adamları Remo Burn ve Thomas Henning’dir.

Diğer araştırmacılar arasında Christoph Mordasini (Bern Üniversitesi, İsviçre) bulunmaktadır. [Unibe]), Lokesh Mishra (Université de Genève, İsviçre) [Unige]ve Unibe), Jonas Haldemann (Unibe), Julia Venturini (Unige) ve Alexandre Emsenhuber (Ludwig Maximilian Üniversitesi Münih, Almanya ve Unibe).

NASA Kepler uzay teleskobu, 2009 ile 2018 yılları arasında diğer yıldızların etrafındaki gezegenleri aradı ve çalışması sırasında binlerce yeni ötegezegen keşfetti. Geçiş yöntemini kullandı: Bir gezegenin yörüngesi, düzlemin teleskobun görüş hattı içinde yer alacağı şekilde eğik olduğunda, gezegenler yörüngeleri sırasında periyodik olarak yıldız ışığının bir kısmını engeller. Yıldızın parlaklığındaki bu periyodik dalgalanma, gezegenin dolaylı olarak tespit edilmesini ve yarıçapının belirlenmesini sağlar.