Güneş Sistemi Dışındaki Bir Gezegende Karbondioksitin Tespiti

İlhan VARDAR

Webb, güneş sistemimizin dışındaki gezegensel bir atmosferde karbondioksitin ilk kesin tespiti ile yeni bir ötegezegen bilimi çağını başlatıyor.

Yıllarca süren hazırlık ve beklentilerden sonra, ötegezegen araştırmacıları kendinden geçmiş vaziyette. NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu,(*) 700 ışık yılı uzaklıktaki sıcak gaz devinin atmosferinden süzülen şaşırtıcı derecede ayrıntılı bir yakın kızılötesi yıldız ışığı yakaladı. Webb’in Yakın Kızılötesi Spektrografı kullanılarak yapılan ve düzinelerce bilim adamı tarafından analiz edilen tek bir ölçüm setine dayanan ötegezegen WASP-39 b’nin spektrumu, ilkleri temsil ediyor: Webb’in bir ötegezegenin ilk resmi bilimsel gözlemi; bu yakın kızılötesi renk aralığını kapsayan ilk ayrıntılı ötegezegen spektrumu; ve uzak bir yıldızın etrafında dönen bir gezegenin atmosferindeki karbondioksit için ilk tartışılmaz kanıt. Sonuçlar, Webb’in karbondioksit gibi anahtar molekülleri çok çeşitli ötegezegenlerde (daha küçük, daha soğuk, kayalık gezegenler de dahil olmak üzere) tespit etme yeteneğinin bir göstergesidir ve galaksideki gezegenlerin bileşimi, oluşumu ve evrimi hakkında fikir vermektedir.

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, güneş sistemi dışındaki bir gezegenin atmosferindeki karbondioksit için ilk açık kanıtı yakaladı. 700 ışık yılı uzaklıktaki Güneş benzeri bir yıldızın etrafında dönen gaz devi bir gezegenin bu gözlemi, gezegenin bileşimi ve oluşumu hakkında önemli bilgiler sağlar. Webb, gelecekte daha küçük, kayalık gezegenlerin daha ince atmosferlerindeki karbondioksiti tespit edip ölçebileceğini kanıtladı.

WASP-39 b, Jüpiter’in kabaca dörtte biri (Satürn ile aynı) kütlesine ve Jüpiter’den 1.3 kat daha büyük bir çapa sahip sıcak bir gaz devidir. Aşırı şişkinliği kısmen yüksek sıcaklığıyla (yaklaşık 900 santigrat derece) ilgilidir. Güneş sistemimizdeki daha serin, daha kompakt gaz devlerinin aksine, WASP-39 b, yıldızına çok yakın bir yörüngede dönüyor – Güneş ve Merkür arasındaki mesafenin (Güneş-Merkür uzaklığı elliyedi milyon km – İ.V.) sadece sekizde biri – yıldızı etrafındaki bir dönüşünü dört Dünya gününden biraz daha uzun bir sürede tamamlıyor. Gezegenin 2011 yılında bildirilen keşfi, gezegen olarak ev sahibi yıldızından gelen ışığın ince, periyodik olarak karartılmasının yer tabanlı tespitlerine dayanarak yapıldı.

NASA’nın teleskopları da dahil olmak üzere diğer teleskoplardan önceki gözlemler Hubble ve Spitzer Uzay teleskopları, gezegenin atmosferinde su buharı, sodyum ve potasyum varlığını ortaya çıkardı. Webb’in eşsiz kızılötesi duyarlılığı şimdi bu gezegende ki karbondioksitin varlığını doğruladı.

Filtrelenmiş Yıldız Işığı

Yörüngelerini yukarıdan değil de kenardan gözlemlediğimiz WASP-39 b gibi yıldızının önünden geçiş yapan gezegenler, araştırmacılara gezegen atmosferlerini araştırmak için ideal fırsatlar sağlayabilir. Bir geçiş sırasında, yıldız ışığının bir kısmı gezegen tarafından tamamen gölgede bırakılır (genel kararmaya neden olur) ve bazıları gezegenin atmosferi aracılığıyla iletilir.

Farklı gazlar farklı renk kombinasyonlarını emdiğinden, araştırmacılar bir atmosferin tam olarak neyden oluştuğunu belirlemek için iletilen ışığın parlaklığındaki küçük farklılıkları bir dalga boyu spektrumu boyunca analiz edebilirler. Şişirilmiş atmosfer ve sık geçişlerin kombinasyonu ile WASP-39 b, iletim spektroskopisi için ideal bir hedeftir.

Karbondioksitin İlk Net Tespiti

Araştırma ekibi, WASP-39 b gözlemleri için Webb’in Yakın Kızılötesi Spektrografını (NIRSpec) kullandı. Ötegezegenin atmosferinin ortaya çıkan spektrumunda, 4.1 ila 4.6 mikron arasındaki küçük bir tepe, güneş sistemi dışındaki bir gezegende tespit edilen karbondioksit için ilk net ve ayrıntılı kanıtı sunar.

Johns Hopkins Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi ve bu araştırmayı üstlenen Webb ekibinin üyesi Zafar Rustamkulov, “Veriler ekranımda göründüğü anda, karbondioksit özelliği beni yakaladı” diyor. “Ötegezegen bilimlerinde önemli bir eşiği geçen özel bir andı.”

Daha önce hiçbir gözlemevi, bir ötegezegen iletim spektrumundaki 3 ila 5.5 mikron aralığında bu kadar çok bireysel rengin parlaklığındaki bu kadar ince farklılıkları ölçmemişti.

Spektrumun bu kısmına erişim, su ve metan gibi gazların bolluğunun yanı sıra birçok yerde var olduğu düşünülen karbondioksiti ölçmek için çok önemlidir.

“WASP-39 b’de bu kadar net bir karbondioksit sinyali tespit etmek, daha küçük, karasal büyüklükteki gezegenlerdeki atmosferlerin tespiti için iyi bir işarettir” diyor Santa Cruz’daki Kaliforniya Üniversitesi’nden Natalie Batalha.

Bir gezegenin atmosferinin bileşimini anlamak önemlidir, çünkü bize gezegenin kökeni ve nasıl geliştiği hakkında bir şeyler söyler. “Karbondioksit molekülleri, gezegen oluşum hikayesinin hassas izleyicileridir,” diyor bu araştırma ekibinin bir başka üyesi olan Arizona Eyalet Üniversitesi’nden Mike Line. “Bu karbondioksit özelliğini ölçerek, bu gaz devi gezegeni oluşturmak için ne kadar katı ve ne kadar gaz halindeki malzemenin kullanıldığını belirleyebiliriz. Önümüzdeki on yılda, Webb uzay teleskobu bu ölçümü çeşitli gezegenler için yapacak ve gezegenlerin nasıl oluştuğuna ve kendi güneş sistemimizin benzersizliğine dair detaylar hakkında fikir verecek. “

Erken Sürüm Bilimi

WASP-39 b’nin bu NIRSpec prizma gözlemi, daha büyük bir parçanın sadece bir parçasıdır.  Bu, birden fazla Webb aleti kullanarak gezegenin gözlemlerini ve diğer iki geçiş gezegeninin gözlemlerini içerir. Soruşturmanın bir parçası olan Erken Sürüm Bilimi Program, ötegezegen araştırma topluluğuna mümkün olan en kısa sürede sağlam Webb verileri sağlamak için tasarlanmıştır.

“Amaç, Erken Sürüm Bilim gözlemlerini hızlı bir şekilde analiz etmek ve bilim topluluğunun kullanması için açık kaynaklı araçlar geliştirmektir” diye açıklıyor Oxford Üniversitesi’nden ortak araştırmacı Vivien Parmentier. “Bu, dünyanın her yerinden katkılara olanak tanıyor ve önümüzdeki on yıllardaki gözlemlerden mümkün olan en iyi bilimin çıkmasını sağlıyor.”

NASA’nın Ames Araştırma Merkezi’nden makalenin ortak yazarı Natasha Batalha, “NASA’nın açık bilim yol gösterici ilkeleri, kapsayıcı, şeffaf ve işbirlikçi bir bilimsel süreci destekleyen Erken Sürüm Bilim çalışmamızda merkezlenmiştir” diye ekliyor.

Kaynak : NASA, ESA, CSA, STScI Sürüm Kimliği: 2022-042

(*) James Webb Uzay Teleskobu, dünyanın önde gelen uzay bilimleri gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyaların ötesine bakacak ve evrenimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini ve içindeki yerimizi araştıracak. Webb, NASA’nın ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı ile birlikte yürüttüğü uluslararası bir programdır.