Üç Demir Halka Gezegen Oluşumunu Nasıl Yeniden Tanımlayabilir?

Yıldız çevresi diskinin gezegen oluşum bölgesinde, metallerin ve minerallerin gezegensel yapı taşları için bir rezervuar görevi gördüğü üç halkalı bir yapı.

Aralarında Max Planck Astronomi Enstitüsü’nün (MPIA) gökbilimcilerinin de bulunduğu bir araştırma ekibi, genç bir yıldızın iç gezegen oluşum diskindeki gezegenlerin doğumunda üç halkalı bir yapı tespit etti. Bu konfigürasyon iki tane önerir JüpiterHalkalar arasındaki boşluklarda kütleli gezegenler oluşuyor. Ayrıntılı analiz, toz bileşimini tamamlayan bol miktarda katı demir tanecikleri ile tutarlıdır. Sonuç olarak disk muhtemelen Güneş Sistemindeki karasal gezegenlerdekilere benzer metal ve mineralleri barındırıyor. Dört milyar yıl önce Merkür gibi kayalık gezegenlerin oluşumu sırasındaki erken Güneş Sistemine benzeyen koşullara bir bakış sunuyor. Venüsve Dünya.

Gezegen Oluşturan Diskteki Üç Demir Halka

Dünyanın ve Güneş Sisteminin kökeni hem bilim insanlarına hem de kamuoyuna ilham veriyor. Ana gezegenimizin ve Güneş Sistemindeki diğer nesnelerin mevcut durumunu inceleyen araştırmacılar, bunların yaklaşık 4,5 milyar yıl önce bebek güneşi çevreleyen toz ve gazdan oluşan bir diskten evrimleştikleri andaki koşulların ayrıntılı bir resmini geliştirdiler.

İki Gezegene İşaret Eden Üç Halka

Uzak gök cisimlerini hedefleyen yıldız ve gezegen oluşumu araştırmalarında kaydedilen nefes kesici ilerlemeyle, artık genç yıldızların etrafındaki ortamların koşullarını araştırabiliyor ve bunları, Güneş Sistemi’nin ilk dönemleri için elde edilen koşullarla karşılaştırabiliyoruz. Avrupa Güney Gözlemevi’nin kullanılması (ESO) Çok Büyük Teleskop Macaristan’ın Budapeşte kentindeki Konkoly Gözlemevi’nden József Varga liderliğindeki uluslararası bir araştırmacı ekibi olan Interferometer (VLTI) tam da bunu yaptı. Yaklaşık 500 ışıkyılı uzaklıktaki genç yıldız HD 144432’nin gezegen oluşturan diskini gözlemlediler.

Şili’deki Atacama Çölü’ndeki Cerro Paranal’ın tepesindeki ESO Çok Büyük Teleskobu’nun (VLT) havadan görünümü. VLT girişimölçer (VLTI), dört teleskopun ışığını birleştirerek uzaktaki gök cisimlerinin yüksek açısal çözünürlükte görüntülenmesini sağlar. Katkıda bulunanlar: G.Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO

Roy van Boekel, “Diskin en iç bölgesindeki toz dağılımını incelerken, ilk kez tozun böyle bir ortamda eşmerkezli üç halka halinde toplandığı karmaşık bir yapı tespit ettik” diyor. Almanya’nın Heidelberg kentindeki Max Planck Astronomi Enstitüsü’nde (MPIA) bir bilim insanıdır ve dergide yayınlanan temel araştırma makalesinin ortak yazarıdır. Astronomi ve Astrofizik. Van Boekel, “Bu bölge, Güneş Sistemi’ndeki kayalık gezegenlerin oluştuğu bölgeye karşılık geliyor” diye ekliyor. Güneş Sistemiyle karşılaştırıldığında, HD 144432’nin etrafındaki ilk halka Merkür’ün yörüngesinde yer alıyor, ikincisi ise ona yakın. Marsyörüngesi. Üstelik üçüncü halka kabaca Jüpiter’in yörüngesine karşılık geliyor.

Şimdiye kadar gökbilimciler bu tür konfigürasyonları ağırlıklı olarak daha büyük ölçeklerde buldular. Satürn Güneş’in etrafında dönüyor. Genç yıldızların etrafındaki disklerde bulunan halka sistemleri, genellikle yol boyunca toz ve gaz biriktirirken boşlukların içinde oluşan gezegenlere işaret ediyor. Ancak HD 144432, ev sahibi yıldıza bu kadar yakın olan böylesine karmaşık bir halka sisteminin ilk örneğidir. Dünya gibi kayalık gezegenlerin yapı taşı olan toz bakımından zengin bir bölgede meydana gelir. Halkaların boşluklarda oluşan iki gezegenin varlığına işaret ettiğini varsayan gökbilimciler, bunların kütlelerinin kabaca Jüpiter’inkine benzediğini tahmin ettiler.

Koşullar Erken Güneş Sistemine Benzer Olabilir

Gökbilimciler, Jüpiter’in Güneş’ten uzaklığına karşılık gelen merkezi yıldızdan ayrılma noktasına kadar disk boyunca toz bileşimini belirlediler. Buldukları şey, Dünya’yı ve Güneş Sistemindeki kayalık gezegenleri inceleyen bilim adamlarına çok tanıdık geliyor: çeşitli silikatlar (metal-silikon-oksijen bileşikleri) ve Dünya’nın kabuğunda ve mantosunda bulunan diğer mineraller ve muhtemelen Merkür ve Dünya’da bulunan metalik demir. çekirdekler. Eğer doğrulanırsa bu çalışma, gezegeni oluşturan diskte demiri keşfeden ilk çalışma olacak.

Bu çizim, HD 144432 diskinin VLTI ile gözlemlenen bir çizimidir. Veriler üç eşmerkezli halkanın yapısıyla tutarlıdır. Halkalar arasındaki boşluklar genellikle büyük gezegenlerin, ev sahibi yıldızın etrafındaki yörüngeleri boyunca toz ve gaz biriktirerek oluştuğunu gösterir. Silikat mineralleri öncelikle iç sıcak bölgede kristaller halinde bulunur. VLTI gözlemleri soğuk dış diski sınırlayamaz. Katkıda bulunanlar: © J. Varga ve diğerleri. / MPIA

Van Boekel şöyle açıklıyor: “Gökbilimciler şu ana kadar Evren’in hemen her yerinde gördüğümüz karbon ve silikat tozu karışımı içeren tozlu disklerin gözlemlerini açıkladılar.” Ancak kimyasal açıdan bakıldığında sıcak iç disk bölgeleri için demir ve silikat karışımı daha makuldür. Ve aslında, temel araştırma makalesinin ana yazarı Varga’nın verilere uyguladığı kimyasal model, karbon yerine demir eklendiğinde daha uygun sonuçlar veriyor.

Ayrıca HD 144432 diskinde gözlenen toz 1800 Kelvin (yaklaşık 1500 derece) kadar sıcak olabilir. santigrat) iç kenarda ve dışarıda 300 Kelvin (yaklaşık 25 santigrat derece) kadar ılımlı. Mineraller ve demir, yıldızın yakınındaki sıcak bölgelerde genellikle kristaller halinde erir ve yeniden yoğunlaşır. Buna karşılık, karbon taneleri ısıya dayanamayacak ve bunun yerine karbon monoksit veya karbondioksit gazı olarak mevcut olacaktır. Bununla birlikte karbon, bu çalışma için yapılan gözlemlerin izleyemeyeceği soğuk dış diskteki katı parçacıkların hala önemli bir bileşeni olabilir.

Demir açısından zengin ve karbon açısından fakir tozlar da Güneş Sistemindeki koşullara çok iyi uyuyor. Merkür ve Dünya demir açısından zengin gezegenlerdir, Dünya ise nispeten az karbon içerir. Van Boekel, “HD 144432 diskinin, bugün bildiğimiz kayalık gezegenlere bol miktarda demir sağlayan ilk Güneş Sistemine çok benzeyebileceğini düşünüyoruz” diyor. “Çalışmamız, Güneş Sistemimizin bileşiminin oldukça tipik olabileceğini gösteren başka bir örnek teşkil edebilir.”

İnterferometri Küçük Ayrıntıları Çözer

Sonuçların alınması, VLTI tarafından sağlanan olağanüstü yüksek çözünürlüklü gözlemlerle mümkün oldu. ESO’nun Paranal Gözlemevi’ndeki dört adet VLT 8,2 metrelik teleskopu birleştirerek, sanki gökbilimciler 200 metre çapında birincil aynaya sahip bir teleskop kullanıyormuş gibi ayrıntıları çözebiliyorlar. Varga, van Boekel ve işbirlikçileri, kızılötesi ışığı temsil eden 1,6 ila 13 mikrometre arasında değişen geniş bir dalga boyu kapsamı elde etmek için üç cihaz kullanarak veriler elde etti.

MPIA, iki cihaza, GRAVITY ve Multi AperTure orta kızılötesi SpectroScopic Experiment’e (MATISSE) hayati önem taşıyan teknolojik unsurlar sağladı. MATISSE’in temel amaçlarından biri genç yıldızların etrafındaki disklerin gezegen oluşturan kayalık bölgelerini araştırmaktır. MPIA direktörü Thomas Henning, “Yıldızların etrafındaki proto-gezegen disklerinin iç bölgelerine bakarak, diskte bulunan çeşitli minerallerin – daha sonra Dünya gibi gezegenlerin katı bileşenlerini oluşturacak minerallerin – kökenini keşfetmeyi amaçlıyoruz” diyor. MATISSE cihazının ortak PI’si.

Ancak tekli teleskoplardan alışık olduğumuz görüntülere benzer bir girişimölçer ile görüntü üretmek kolay değildir ve çok zaman alır. Nesne yapısını çözmek için değerli gözlem zamanının daha verimli kullanılması, seyrek verileri potansiyel hedef konfigürasyon modelleriyle karşılaştırmaktır. HD 144432 disk durumunda, üç halkalı yapı verileri en iyi şekilde temsil eder.

Yapılandırılmış, Demir Açısından Zengin Gezegen Oluşturan Diskler Ne Kadar Yaygındır?

HD 144432, Güneş Sistemi’nin yanı sıra, demir açısından zengin bir ortamda oluşan gezegenlere başka bir örnek sunuyor gibi görünüyor. Ancak gökbilimciler burada durmayacaklar. Van Boekel, “VLTI’nin daha yakından incelemesini bekleyen, gelecek vaat eden birkaç adayımız hâlâ var” diye belirtiyor. Daha önceki gözlemlerde ekip, genç yıldızların etrafında, tekrar gözden geçirilmeye değer konfigürasyonları gösteren bir dizi disk keşfetti. Ancak en son VLTI enstrümantasyonunu kullanarak ayrıntılı yapılarını ve kimyalarını ortaya çıkaracaklar. Sonunda gökbilimciler, gezegenlerin genellikle ana yıldızlarına yakın, demir açısından zengin tozlu disklerde oluşup oluşmadığını açıklığa kavuşturabilirler.

Referans: J. Varga, LBFM Waters, M. Hogerheijde, R. van Boekel, A. Matter, B. Lopez, K. tarafından “HD 144432’nin çok halkalı iç diskinde demir açısından zengin toz için orta kızılötesi kanıt”. Perraut, L. Chen, D. Nadella, S. Wolf, C. Dominik, Á. Kóspál, P. Ábrahám, J.-C. Augereau, P. Boley, G. Bourdarot, A. Caratti o Garatti, F. Cruz-Sáenz de Miera, WC Danchi, V. Gámez Rosas, Th. Henning, K.-H. Hofmann, M. Houllé, JW Isbell, W. Jaffe, T. Juhász, V. Kecskeméthy, J. Kobus, E. Kokoulina, L. Labadie, F. Lykou, F. Millour, A. Moór, N. Morujão, E . Pantin, D. Schertl, M. Scheuck, L. van Haastere, G. Weigelt, J. Woillez ve P. Woitke, 8 Ocak 2024, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202347535

Bu çalışmaya katılan MPIA araştırmacıları Roy van Boekel, Marten Scheuck, Thomas Henning, Jacob W. Isbell, Ágnes Kóspál (aynı zamanda HUN-REN Astronomi ve Yer Bilimleri Araştırma Merkezi, Konkoly Gözlemevi, Budapeşte, Macaristan)’dır. [Konkoly]; CSFK, MTA Mükemmeliyet Merkezi, Budapeşte, Macaristan [CSFK]; ELTE Eötvös Loránd Üniversitesi, Budapeşte, Macaristan [ELTE]), Alessio Caratti o Garatti (aynı zamanda INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, İtalya).

Katkıda bulunan diğer kişiler şunlardır: J. Varga (Konkoly; CSFK; Leiden Gözlemevi, Hollanda) [Leiden]), LBFM Waters (Radboud Üniversitesi, Nijmegen, Hollanda; SRON, Leiden, Hollanda), M. Hogerheijde (Leiden; Amsterdam Üniversitesi, Hollanda) [UVA]), A. Matter (Observatoire de la Côte d’Azur/CNRS, Nice, Fransa) [OCA]), B. Lopez (OCA), K. Perraut (Univ. Grenoble Alpes/CNRS/IPAG, Fransa) [IPAG]), L. Chen (Konkoly; CSFK), D. Nadella (Leiden), S. Wolf (Kiel Üniversitesi, Almanya) [UK]), C. Dominik (UVA), P. Abraham (Konkoly; CSFK; ELTE), J.-C. Augereau (IPAG), P. Boley (OCA), G. Bourdarot (Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü, Garching, Almanya), F. Cruz-Saénz de Miera (Konkoly; CSFK; Université de Toulouse, Fransa), WC Danchi (NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi, Greenbelt, ABD), V. Gámez Rosas (Leiden), K.-H. Hofmann (Max-Planck Radyo Astronomi Enstitüsü, Bonn, Almanya [MPIfR]), M. Houllé (OCA), W. Jaffe (Leiden), T. Juhász (Konkoly; CSFK; ELTE), V. Kecskeméthy (ELTE), J. Kobus (İngiltere), E. Kokoulina (Liège Üniversitesi, Belçika) ; OCA), L. Labadie (Köln Üniversitesi, Almanya), F. Lykou (Konkoly; CSFK), F. Millour (OCA), A. Moór (Konkoly; CSFK), N. Morujão (Universidade de Lisboa ve Universidade do) Porto, Portekiz), E. Pantin (AIM, CEA/CNRS, Gif-sur-Yvette, Fransa), D. Schertl (MPIfR), L. van Haastere (Leiden), G. Weigelt (MPIfR), J. Woillez ( Avrupa Güney Gözlemevi, Garching, Almanya), P. Woitke (Uzay Araştırma Enstitüsü, Avusturya Bilimler Akademisi, Graz, Avusturya), MATISSE ve GRAVITY İşbirlikleri