James Webb Uzay Teleskobu, Kayalık Bir Ötegezegenin Sıcaklığını Ölçüyor

İlhan VARDAR

Uluslararası bir araştırma ekibi, kayalık ötegezegen TRAPPIST-1b’nin sıcaklığını ölçmek için NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu‘nu kullandı. Ölçüm, gezegenin termal emisyonuna dayanıyor. Ölçülen enerji Webb’in Orta Kızılötesi Cihazı (MIRI) tarafından tespit edilen kızılötesi ışık şeklinde verilen ısı enerjisidir. Sonuç, gezegenin gündüz tarafının yaklaşık 232 derece sıcaklığa sahip olduğunu ve önemli bir atmosfere sahip olmadığını göstermektedir.

Bu, kendi güneş sistemimizdeki kayalık gezegenler kadar küçük ve serin bir ötegezegen tarafından yayılan herhangi bir ışık biçiminin ilk tespitidir. Ve Dünya boyutundaki ötegezegenleri karakterize etme yeteneği için de iyi bir başlangıçtır.

“Bu gözlemler Webb’in orta-kızılötesi yeteneğinden gerçekten yararlanıyor” diyor NASA’nın Ames Araştırma Merkezi’nde astrofizikçi ve çalışmanın baş yazarı Thomas Greene ve ekliyor: “Daha önce hiçbir teleskop bu kadar loş orta-kızılötesi ışığı ölçecek hassasiyete sahip değildi.”

Ultra Serin Kırmızı Cücelerin Etrafında Dönen Kayalık Gezegenler

2017’nin başlarında, gökbilimciler yedi kayalık ötegezegeni Dünya’dan 40 ışıkyılı uzaklıkta ultra soğuk bir kırmızı cüce yıldızın yörüngesinde keşfetti. Gezegenler hakkında dikkat çekici olan şey, kendi güneş sistemimizin iç, kayalık gezegenlerine boyut ve kütle bakımından benzerlikleridir. Her ne kadar hepsi yıldızlarına Güneş’in yörüngesindeki gezegenlerimizden herhangi birinden çok daha yakın yörüngede dönseler de -hepsi Merkür’ün yörüngesine rahatça sığabilir- küçük yıldızlarından karşılaştırılabilir miktarda enerji alırlar.

En içteki ötegezegen olan TRAPPIST-1b, Dünya’nınkinin yaklaşık yüzde biri kadar bir yörüngeye sahiptir (güneş dünya uzaklığı 150 milyon km) ve Dünya’nın Güneş’ten aldığı enerji miktarının yaklaşık dört katını alır. Sistemin yaşanabilir bölgesi içinde olmamasına rağmen, gezegenin gözlemleri, kardeş gezegenleri ve diğer kırmızı cüce sistemlerininkiler hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.

Greene, “Samanyolu’nda bu yıldızlar, Güneş gibi yıldızların sayısından on kat daha fazladır. Ayrıca Güneş gibi yıldızlardan iki kat daha fazla kayalık gezegene sahip olma olasılıkları vardır” diyor ve ekliyor: “Ama aynı zamanda çok aktifler özellikle gençken çok parlaklar ve bir atmosferi yok edebilecek parlamalar ve X-ışınları yayarlar.”

TRAPPIST-1 sisteminin daha önceki çalışmalarını yürüten ekipte yer alan Elsa Ducrot, “Daha küçük, daha soğuk yıldızların etrafındaki karasal ötegezegenleri karakterize etmek daha kolaydır. M yıldızlarının etrafındaki yaşanabilirliği anlamak istiyorsak, TRAPPIST-1 sistemi harika bir laboratuvardır. Bunlar kayalık gezegenlerin atmosferlerine bakmak için sahip olduğumuz en iyi hedeflerdir.” diyor.

Bir Atmosferi Algılamak (veya Algılamamak)

TRAPPIST-1b’nin önceki gözlemleri Hubble ve Spitzer uzay teleskopları yoğun bir atmosfere dair hiçbir kanıt bulamadılar.

Belirsizliği azaltmanın bir yolu, gezegenin sıcaklığını ölçmektir. “Bu gezegen gel gitsel olarak kilitlenmiş, bir tarafı her zaman yıldıza bakarken, diğeri tarafı sürekli karanlıkta (Ay’ın sürekli aynı yüzünü görmekte olduğumuz gibi – İ.V.)” diyor CEA’dan Pierre-Olivier Lagage, makalenin ortak yazarı. “Isıyı dolaştırmak ve yeniden dağıtmak için bir atmosfere sahipse, gündüz tarafı atmosfer olmadığından daha serin olacaktır”.

Ekip, MIRI’nin gezegen yıldızın arkasına geçerken sistemden parlaklıktaki değişimi ölçtüğü ikincil tutulma (3) fotometrisi adı verilen bir teknik kullandı. TRAPPIST-1b, kendi görünür ışığını verecek kadar sıcak olmasa da, kızılötesi bir parıltıya sahiptir. Yıldızın parlaklığını kendi başına (ikincil tutulma sırasında) yıldızın ve gezegenin toplam parlaklığından çıkararak, gezegen tarafından ne kadar kızılötesi ışık verildiğini başarıyla hesaplayabildiler.

Parlaklıktaki Küçük Değişiklikleri Ölçme

Webb’in ikincil tutulmayı tespit etmesinin kendisi önemli bir kilometre taşıdır.

“Tutulmayı kaçıracağımıza dair bazı korkular da vardı. Gezegenlerin hepsi birbirini çekiyor, bu yüzden yörüngeler mükemmel değil, “diyor verileri analiz eden Bay Area Çevre Araştırma Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı Taylor Bell. ” Verilerde gördüğümüz tutulma zamanı şaşırtıcı idi, birkaç dakika içinde tahmin edilen zamanla eşleşti.”

Ekip, beş ayrı ikincil tutulma gözleminden elde edilen verileri analiz etti. Ducrot, “Sonuçları, farklı senaryolarda sıcaklığın ne olması gerektiğini gösteren bilgisayar modelleriyle karşılaştırdık” diyor. “Sonuçlar, çıplak kayadan yapılmış bir kara cisimle neredeyse mükemmel bir şekilde tutarlıdır ve ısıyı dolaştıracak atmosfer yoktur. Ayrıca, bu ölçümlerde belirgin olacak şekilde karbondioksit tarafından emilen herhangi bir ışık belirtisi görmedik”.

Bu araştırma Webb’in bir parçası olarak yapılmıştır. Garantili Zaman Gözlemi (GTO) programı Webb’in ilk bilim yılından TRAPPIST-1 sistemini tam olarak karakterize etmeye yardımcı olmak için tasarlanmış sekiz programdan biridir. Ek ikincil tutulma şu anda devam ediyor ve şimdi verilerin ne kadar iyi olabileceğini bildiklerine göre, ekip sonunda tüm yörüngedeki parlaklıktaki değişimi gösteren tam bir faz eğrisi yakalamayı umuyor. Bu, sıcaklığın gündüzden geceye nasıl değiştiğini görmelerini ve gezegenin bir atmosferi olup olmadığını doğrulamalarını sağlayacaktır.

“Sahip olmayı hayal ettiğim bir hedef vardı,” diyor yirmi yıldan fazla bir süredir MIRI cihazının geliştirilmesi üzerinde çalışan Lagage. “Ve bu da buydu. Bu, kayalık, ılıman bir gezegenden gelen emisyonu ilk kez tespit edebiliyoruz. Bu, ötegezegenleri keşfetme hikayesinde gerçekten önemli bir adım.”

Notlar
TRAPPIST-1 b’den gelen kızılötesi ışık miktarı, gezegenin önemli bir atmosferden yoksun olduğunu göstermektedir.

Dev bir termometre görevi gören NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, Dünya’dan 40 ışık yılı uzaklıktaki ultra soğuk bir kırmızı cüce (2) yıldız olan TRAPPIST-1’in (1) etrafında dönen yedi kayalık gezegenin ısısını başarıyla ölçtü. Trappist – 1b ötegezegeni, 232 C derece gündüz sıcaklığı ile pizza pişirmek için neredeyse mükemmeldir. Ancak bir atmosferi olmadığından, dışarıda yemek yemek için uygun bir yer olmayabilir.

Sonuç, TRAPPIST-1 sisteminin kapsamlı bir Webb çalışmalarının ilki olan ve Galaksideki en yaygın yıldız türü olan soğuk ve küçük kırmızı cücelerin yörüngesindeki ötegezegenlerin yaşamı desteklemek için gereken atmosferleri sürdürüp sürdüremeyeceğini belirlemede önemli bir adım atıldı.

Kaynak
Nasa, Esa Sürüm Kimliği: 2023-110