Lav Gezegeni Saran Kalın Atmosfer
Güneş sistemi dışındaki kayalık bir gezegenin atmosferi olduğuna yönelik şimdiye kadarki en güçlü kanıt elde edildi. James Webb Uzay Teleskopunun Aşırı sıcak süper Dünya TOI-561 b’nin gözlemleri, ötegezegenin küresel bir magma okyanusunun üzerinde kalın bir gaz tabakasıyla çevrili olduğunu gösteriyor. Sonuçlar, gezegenin alışılmadık derecede düşük yoğunluğunu açıklamaya yardımcı oluyor ve yıldızlarına bu kadar yakın olan nispeten küçük gezegenlerin atmosferleri olmayacağı yönündeki hipoteze karşı örnek oluşturuyor.
Yer yarıçapının yaklaşık 1,4 katı ve 11 saatten kısa bir yörünge dönemiyle TOI-561 b, ultra kısa periyotlu ötegezegenler olarak bilinen ender bir cisim sınıfına giriyor. TOI-561 adlı yıldız, Güneş’ten sadece biraz küçük ve daha soğuktur. Gezegeni kendisine oldukça yakın, Merkür ile Güneş arasındaki mesafenin kırkta biri kadar yani yaklaşık 1,5 milyon kilometre kadar uzakta ve kilitli şekilde dolanıyor. Bu nedenle gezegenin sürekli ışık altındaki gündüz tarafının sıcaklığı kayaların erime sıcaklığının çok üzerinde.
Carnegie Bilim Dünya ve Gezegenler Laboratuvarında görevli bilim insanı ve Perşembe günü The Astrophysical Journal Letters’da yayınlanan makalenin baş yazarı Johanna Teske: “Bu gezegeni gerçekten farklı kılan şey, anormal derecede düşük yoğunluğudur” dedi. ” Süper şişkin bir gezegen değil, ancak Yer benzeri bir bileşime göre daha az yoğundur” diyor.
Ekibin gezegenin düşük yoğunluğu için getirdiği açıklamalardan biri, nispeten küçük bir demir çekirdeğe ve Dünya’daki kayadan daha az yoğun bir kayadan oluşan bir mantoya sahip olabileceğidir. Teske bunun mantıklı olabileceğini belirtiyor: “TOI-561 b, ultra kısa periyotlu gezegenler arasında, Samanyolu’nun kalın disk olarak bilinen bir bölgesinde, çok eski (Güneş’ten iki kat daha yaşlı), demir bakımından fakir bir yıldızın yörüngesinde dolanmasıyla farklılık gösteriyor. Kendi güneş sistemimizdeki gezegenlerden çok farklı bir kimyasal ortamda oluşmuş olmalı.” Gezegenin bileşimi, evren nispeten gençken oluşan gezegenleri temsil ediyor olabilir.
Ancak egzotik bir bileşim her şeyi açıklayamaz. Ekip ayrıca TOI-561 b’nin, gerçekte olduğundan daha büyük görünmesini sağlayan kalın bir atmosferle çevrili olabileceğinden şüpheleniyordu. Milyarlarca yıl boyunca kavurucu yıldız ışınımına maruz kalan küçük gezegenlerin atmosfere sahip olması beklenmese de, bazıları sadece çıplak kaya veya lavdan ibaret olmadıklarına dair işaretler gösteriyor.
TOI-561 b’nin bir atmosfere sahip olduğu hipotezini test etmek için ekip, gezegenin gündüz tarafının sıcaklığını yakın kırmızı ötesi parlaklığına dayanarak ölçmek için, Webb’in NIRSpec’ini (Yakın Kırmızı ötesi Tayfölçeri) kullandı. Gezegen yıldızın arkasına doğru hareket ettikçe yıldız-gezegen sisteminin parlaklığındaki azalmayı ölçmeyi içeren bu teknik, TRAPPIST-1 sisteminde ve diğer kayalık dünyalarda atmosfer aramak için kullanılan tekniğe benzerdir.
Eğer TOI-561 b, ısıyı gece tarafına taşıyacak bir atmosferi olmayan kayalık gezegen ise, gündüz tarafındaki sıcaklığın 2.700 derece Celsius civarında olması gerekir. Ancak NIRSpec gözlemleri, gezegenin gündüz tarafının 1.800 derece Celsius civarında olduğunu gösteriyor; bu son derece sıcak, ancak beklenenden çok daha soğuktur.
Sonuçları açıklamak için ekip birkaç farklı senaryoyu ele aldı. Magma okyanusu bir miktar ısıyı dolaştırabilir, ancak atmosfer olmadan gece tarafı muhtemelen katı olur ve gündüz tarafından gelen ısı akışını sınırlar. Magma okyanusunun yüzeyinde ince bir kaya buharı tabakası da mümkündür, ancak tek başına gözlenenden çok daha küçük bir soğutma etkisi yaratacaktır.
Birleşik Krallık’taki Birmingham Üniversitesi’nden ortak yazar Anjali Piette: “Tüm bu gözlemleri açıklamak için gerçekten kalın, uçucu madde bakımından zengin bir atmosfere ihtiyacımız var” dedi.
“Güçlü rüzgârlar, ısıyı gece tarafına taşıyarak gündüz tarafını soğutur. Su buharı gibi gazlar, yüzeyden yayılan yakın kırmızı ötesi ışığın bazı dalga boylarını atmosferden tamamen geçmeden önce emerdi (Gezegen daha soğuk görünür ve teleskop daha az ışık algılardı). Ayrıca, yıldız ışığını yansıtarak atmosferi soğutan parlak silikat bulutları da olabilir.”
Webb gözlemleri böyle bir atmosferin varlığına dair ikna edici kanıtlar sunsa da, şu sorunun yanıtı henüz yok: Bu kadar yoğun ışınıma maruz kalan küçük bir gezegen, hele ki bu kadar büyük bir atmosferi nasıl koruyabilir? Bazı gazlar uzaya kaçıyor olmalı, ancak belki de beklenenden daha az bir şekilde.
Hollanda’daki Groningen Üniversitesinden ortak yazar Tim Lichtenberg: “Magma okyanusu ile atmosfer arasında bir denge olduğunu düşünüyoruz. Gazlar gezegen yüzeyinden uzaklaşıp atmosferi beslerken, magma okyanusu da onları tekrar iç kısma çekiyor” diyor. “Bu gezegenin, gözlemleri açıklayabilmesi için Dünya’ya göre çok daha fazla uçucu madde içermesi gerekiyor. Gerçekten de ıslak bir lav topu gibi.”
Bunlar, Webb’in Genel Gözlemciler Programı 3860’tan elde edilen ilk sonuçlardır. Bu program kapsamında, TOI-561 b yıldızın etrafında neredeyse dört tam yörüngeyi tamamlarken sistem 37 saatten fazla süreyle sürekli olarak gözlenmiştir. Ekip şu anda gezegenin çevresindeki sıcaklığı haritalamak ve atmosferin bileşimini belirlemek için tüm veri setini analiz etmektedir.
Teske, “Asıl heyecan verici olan şey, bu yeni veri setinin cevapladığından daha fazla soru ortaya çıkarması,” diyor.
