Uzak Gezegenin Atmosferi İlk Defa Haritalandı ve Dengesiz Yapı Gösterdi

Gökadalar dışındaki yıldızların yörüngesinde dönen ötegezegenleri çalışan bilim insanları, üç boyutlu bilgilerden çoğu zaman yoksundur. Örneğin, gezegenin yarıçapını tahmin etmek için genel matematiksel ilişkiler kullanılır; oysa bu mesafe, nerede ölçüldüğüne göre farklılık gösterebilir.

Benzer ilkeler, ötegezegenin atmosferinin ölçümünde de geçerlidir; atmosfer genellikle gezegenin etrafındaki tüm özellikleri tek bir ortalama spektruma dönüştürür. Bir spektrum, yıldız ışığının atmosferden geçişinin kaydıdır.

Bristol Üniversitesi’nden Dr David Grant ve ben, bu uzak yabancı dünyaların atmosfer yapısını haritalamak için “iletim dizileri” (transmission strings) adlı yeni bir yöntem geliştirdik.

Uzaydaki en büyük ve en güçlü teleskop olan James Webb Uzay Teleskopu’nun (JWST) verilerini analiz ederek, ilk kez bir ötegezegen atmosferinin değişken şeklini haritaladık. Nature Astronomy’da yayımlanan sonuçlar, bir tarafının diğerinden daha fazla uzandığı asimetrik bir atmosfer ortaya koydu.

Amerika Birleşik Devletleri’nin Ithaca şehrindeki Cornell Üniversitesi’nden Dr Lili Alderson’ın liderliğini yaptığı bu yeni araştırma çalışmasında, Dünya’dan yaklaşık 1.300 ışık yılı uzakta bir yıldızın yörüngesinde dönen Wasp-17b’ye baktık. Bu gezegen, ana yıldızına yakın yörüngede dönen ve dolayısıyla çok yüksek sıcaklıklara maruz kalan, dev bir gaz dünyası anlamına gelen “sıcak Jüpiter” olarak adlandırılan bir gezegen kategorisine giriyor. Wasp-17b’nin eğri şekli, yoğun ısının ve ses üstü rüzgarlarının atmosferi nasıl etkilediğini ortaya koyuyor.

İletim dizileri yöntemi, gezegenin Dünya’dan bakış açımızla yıldızının önünden geçerken (yani geçiş yaparken) takibini içerir. Bu sırada ekibimiz, gezegenin atmosferinin kenarı ya da ucu (limb) etrafındaki ışık bileşimini farklı açılardan yakaladı.

Geçiş başladığında ve bittiğinde (sırasıyla giriş ve çıkış olarak bilinen aşamalar) gezegen hakkında konumsal bilgiler edinmek mümkündür. Bu, giriş ve çıkışın, gezegenin yıldızın diskinin yalnızca kenarından geçtiği ve tam olarak önünde olmadığı süre olması mümkündür.

Giriş ve çıkış evreleri, Wasp-17b için toplamda yaklaşık 31 dakika süren bu aşamalarda ışık, atmosferin yalnızca küçük kesimlerinden geçerek gelir. Bu evrelerde, gezegenin tüm kavisli kenarından (limb) ışığın geçtiği transitin orta evresine kıyasla daha yüksek uzaysal çözünürlük elde etmek – yani atmosferin genişliğini çok daha ayrıntılı bir düzeyde ölçmek – mümkündür. Bu durum, makalenin üst kısmındaki sanatçı yorumunda gösterilmektedir.

Geçiş dizileri (transmission strings) yöntemi, giriş ve çıkış ölçümlerini gezegenin atmosferi için farklı şekiller dizisiyle eşler. Ekibimiz ardından bu şekilleri, en iyi uyumu belirlemek üzere, mükemmel bir daire olan bir gezegenle karşılaştırmak için matematiksel işlevler dizisi kullanır. Geleneksel matematiksel modelleme, ışığın tayfını yalnızca tüm kavisli kenar üzerinde bir ortalama olarak çıkarır.

Sıcak sera gezegenleri

Wasp-17b gibi sıcak Jüpiter gezegenleri, yıldızlarıyla gelgit kilididir. Bu, bir yanının yıldıza, diğer yanının ise uzayın karanlığına sonsuza kadar dönük kaldığı anlamına gelir.

Bu durum, atmosferin sıcak taraftan soğuk tarafa hareket etmesiyle saatlerce binlerce mil hızında rüzgarlar üretir. Rüzgarlar ısıyı önce akşam tarafına, ardından soğudukları gece tarafına, son olarak da tekrar ısınan atmosferin bulunduğu gündüz tarafına taşır ve bu yolculuğu tekrarlar.

Bilim insanları, uzayda bulunan en güçlü teleskop olan JWST’in gezegen hakkında gözlemlerini analiz etti. Northrop Grumman

Havanın sıcaklığı arttıkça, bir gezegenin atmosferi de o kadar fazla şişer. Atmosferi etrafı boyunca aynı yarıçaplı bir daire olarak varsaymak yerine, yöntemimiz astronomların merkezden gezegenin kenarına kadar değişen mesafeleri ölçmesine olanak tanır.

Bunun ardından gezegenin kenarı etrafında dolaşabilir ve atmosferin bu değişen şişkinliğini, dolayısıyla onu oluşturan havanın değişen sıcaklığını ölçebiliriz.

Önemli olanı, geçiş dizisi yöntemiyle gerçekleştirilen ilk gözlemler, atmosferin kimyasal bileşimi ve sıcaklık değişimlerinin gezegenin teorik modelleriyle iyi bir uyum gösterdiğini ortaya koyuyor.

Önceden yapılan bulgular, Wasp-17b’nin atmosferinde kuvars içeren bulutlar bulunduğunu göstermişti. Engine House ve Hannah Wakeford

Wasp-17b’nin atmosferi, sıcak tarafta soğuk tarafa göre fiziksel olarak daha fazla şişkinliğe sahip ve gezegenin kutbu boyunca sıcaklıkta düzgün bir geçiş görülüyor.

Wasp-17b için elde edilen bu bulgular, gezegenin atmosferinde kuvars içeren bulutlar olduğunu daha önce ortaya koyan büyük bir çalışmanın parçasını oluşturuyor.

Cornell Üniversitesi’nde Profesör Nikole Lewis’in liderliğinde yürütülen bir ekibin üyesi olarak Wasp-17b verileri, gök bilimcilerin bir ö gezegenin atmosferinin tam haritasını çıkarabilmesi için ampirik gözlem verilerinden yararlanmalarına yardımcı olmalı.

Wasp-17b üzerinde geçiş dizisi yönteminin bu başarılı uygulaması, yalnızca bu hedefe ulaşmakla kalmıyor, aynı zamanda çok daha fazla ö gezegenin haritasını çıkarmanın yolunu da açıyor.

Süreç, yalnızca gece ve gündiz taraflarıyla sınırlı kalmadan, ö gezegen enlemleri boyunca koşulları ayırt etmeye başlıyor ve ö gezegen iklimlerinde hava ölçeğinde kalıpların haritasını çıkarmanın ilk adımı niteliğinde.

Yazar

1. Bristol Üniversitesi’nde Doçent

Bristol Üniversitesi’nde Doçent

Tutarsızlık beyanı

Hannah Wakeford, Bristol Üniversitesi’nde Doçent’tir ve UK Research and Innovation (UKRI) üzerinden İngiliz hükümetinin Horizon Europe finansman garantisi kapsamında (eski ERC Starting Grant, hibe numarası EP/Y006313/1) destek alıyor. HRW, James Webb’in Devlet Sekreteri ve NASA İdaresi Başkanlığı sıfatlarıyla görev yaptığı süre içinde Devlet Departmanı ve NASA içinde LGBTQIA+ topluluğunun üyelerine verilen önemli zararı kabul ediyor.

Ortaklar

Bristol Üniversitesi, The Conversation UK’nin kurucu ortağı olarak finansman sağlıyor.