Güneş Sistemi'nin kayalık gezegenleri arasında yalnızca Dünya nasıl yaşamın evi haline geldi? Onca soğuk ve cansızlığın ortasında, gezegenimiz nasıl ılık, misafirperver ve yaşamı destekler bir hale büründü? Bu soruların cevabı oldukça karmaşık ve çok yönlü olsa da, yanıtın bir kısmı, kimyasal elementlerin dağılımını inceleyen disiplinler arası bir alan olan kozmokimyadan geliyor.
Güneş Sistemi, her şeyin sürekli hareket halinde olduğu yoğun bir yer. Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce, gezegenlerin hala oluştuğu ve gezegenimsiler ile gezegen embriyolarının hızla etrafta çarpıştığı bu dönemde, sistem çok daha kaotikti. İşte bu kaosta Dünya, bir şekilde, diğer gezegenlerden daha fazla kömürlü kondrit (CC) adı verilen gök taşları ve onlarla birlikte gelen amino asitler ile yaşamı mümkün kılan diğer kimyasalları aldı.
Kozmokimya çalışmaları, Dünya'nın kütlesinin yaklaşık %5 ila %10'unun, gezegenin gençlik döneminde çarpan kömürlü kondritlerden geldiğini gösteriyor. Bu çalışmalar, bahsi geçen malzemenin önemli bir kısmının ise Ay'ı oluşturan Theia çarpışmasından kaynaklandığını ortaya koyuyor. Bu fikirleri daha sağlam bir şekilde test etmek amacıyla, bir grup araştırmacı, Güneş Sistemi'nin oluşumuna dair dinamik simülasyonlar kullanarak bu senaryoyu yeniden canlandırmayı denedi.
Portekiz'deki bir araştırma ekibi tarafından kaleme alınan ve 'Icarus' dergisinde yayınlanacak olan çalışma, "Dünya'ya çarpan son dev gök cismi Theia'nın dinamik kökeni" başlığını taşıyor.
Kozmokimyada temel bir ayrım, kömürlü kondritler (CC'ler) ile kömürsüz meteoritler (NC'ler) arasındaki farktır. Bu ayrım, Güneş Sistemi'nin meteor popülasyonunu iki gruba ayırır ve Güneş Sistemi'nin iki farklı malzeme deposu içerdiğini düşündürür. CC'ler, Güneş'ten daha uzakta, muhtemelen Jüpiter'in ötesinde oluşmuş ve su ile organik bileşikler gibi daha fazla uçucu madde taşırken; demir meteoritler gibi NC'ler, daha az uçucu madde içerir.
Theia'nın Dünya'ya CC'ler ve uçucu maddeler getirdiği fikrini test etmek için araştırmacılar, Güneş Sistemi'nin ayrıntılı simülasyonlarını gerçekleştirdiler. Bu simülasyonlar, karasal gezegenlerin büyümesinin sonraki aşamalarını ele alan N-cisim simülasyonlarıydı. Simülasyonlar, Güneş Sistemi'nin gaz diskleri dağıldıktan sonraki gezegensel büyümenin geç aşamalarında başladı. Mevcut katı kütle, gezegenimsiler ve gezegen embriyoları olarak ikiye ayrıldı.
Araştırma, Jüpiter ve Satürn'ün hala büyüyüp madde biriktirmesi sırasında içe doğru saçılan CC'leri de içeriyordu. Gezegenimsi ve gezegen embriyoları arasındaki boyut farkından dolayı, embriyoların karasal gezegenlerle etkileşime girme ve CC malzemesi taşıma olasılığı daha yüksekti.
Araştırmacılar üç tür simülasyon gerçekleştirdi: sadece küçük CC nesnelerini (gezegenimsileri) içeren 'yalnızca küçük', sadece büyük CC nesnelerini (gezegen embriyolarını) içeren 'yalnızca büyük' ve hem CC gezegenimsileri hem de embriyoları içeren 'karışık senaryo'. Bu senaryoların her birinden seçilen 10 simülasyon alt kümesi için, dev gezegen dinamik kararsızlığının etkisi de dâhil edildi. Bu durum, astronomide 'Nice modeli' olarak bilinir ve dev gezegenlerin ilk oluştukları yerlerden yörüngelerini nasıl değiştirdiklerini açıklar.
Amaç, CC'lerin ve NC'lerin Güneş Sistemi'nde nasıl dağıldığını belirlemek ve Dünya'nın diğer kayalık gezegenlerden, özellikle de Mars'tan, neden daha fazla CC malzemesine sahip olduğunu anlamaktı. Araştırmacılar ayrıca Theia çarpışmasının Dünya'nın CC malzemesinin büyük bir miktarını sağlamaktan sorumlu olup olmadığını da anlamak istediler.
Elde edilen net sonuçlardan biri, dev gezegen kararsızlığının, özellikle Jüpiter'in farklı bir yörüngeye kaymasının, Dünya'nın CC malzemesi birikimi üzerinde belirgin bir etkisi olduğuydu. Araştırmacılar, dev gezegen dinamik kararsızlığını eklediklerinde, durum daha da ilginçleşti. Yazarlar, "Dev gezegen kararsızlığı, sistemin evrimini çarpıcı biçimde değiştirdi ve güçlü bir eksantriklik dalgasına yol açtı, bu da çarpışmalar ve fırlatmalar dalgasını beraberinde getirdi" diye belirtiyorlar. Ancak, sistemin son durumu çok fazla değişmedi.
Simülasyonların kritik bir bölümü Theia çarpışmasıyla ilgiliydi. Önceki araştırmalar, Theia'nın karbonlu bir nesne olabileceğini öne sürüyordu. Eğer bu doğruysa, Dünya'nın yaşamı destekleyen yaşanabilirliğinin büyük bir kısmı bu çarpışmadan kaynaklanmış olabilir.
Araştırmacılar, "Dev gezegen kararsızlığı olmayan karışık senaryoda, Dünya'nın son çarpışma nesnesi, tüm simülasyonların yarısından fazlasında bir CC bileşeni içeriyordu. Simülasyonların %38,5'inde son çarpışma nesnesi saf bir CC embriyosuyken, diğer %13,5'inde ise daha önce bir CC embriyosunu kendi bünyesine katmış bir NC embriyosu idi" diye yazıyorlar.
Genel olarak, simülasyonlar, erken Güneş Sistemi'nin iki ayrı gezegenimsi halkasıyla dolu bir resmini çiziyor. İç halka, kayalık gezegenimsilerden oluşurken, dış halka kömürlü kondritlerden oluşuyordu. Daha sonra, buz devleri içe doğru göç ettikçe, CC malzemesini iç Güneş Sistemi'ne doğru itti. Bunlardan bazıları asteroit kuşağında sıkışıp kalırken, daha büyük kütleli olanlar, kayalık gezegenlerin yörüngelerine, özellikle de Dünya'nınkine doğru dağıldı.
Yazarlar, "Karasal gezegenlerin geç aşama birikimi, NC embriyoları ve gezegenimsiler arasında bir dizi dev çarpışmayı ve ara sıra CC nesnelerinin çarpışmalarını içeriyordu" diye açıklıyor.
Bu senaryo, Güneş Sistemi hakkında birçok şeyi açıklıyor. Karasal gezegenlerin kütlelerini ve yörüngelerini, asteroitlerin yörünge dağılımını açıklıyor. Ayrıca, Dünya ve Mars'ın CC kütle oranlarına da uyuyor; Mars, Dünya'dakiyle aynı CC malzemesi konsantrasyonlarına sahip değil. Eğer 'yalnızca küçük' simülasyon doğru olsaydı, yani CC malzemesi sadece gezegenimsiler şeklinde olsaydı, Mars ve Dünya'nın CC kütle oranı yaklaşık olarak aynı olurdu.
Araştırmacılar, diğer araştırmalarla uyumlu olarak, Theia'nın Dünya'nın son büyük çarpışma nesnesi olabileceğini ve bol miktarda CC malzemesi içerdiğini göstermeyi amaçladılar. Görünüşe göre başarılı oldular. Simülasyonlarda, Dünya'nın son dev çarpışması Theia ile gerçekleşti ve bu nesne, Dünya'yı yaşanabilir hale getirmeye yardımcı olan daha yüksek CC malzemesi konsantrasyonlarına sahipti. Bu sonuç, bilimsel düşünceyle örtüşüyor.
Çalışma, son çarpışmanın gaz dağılımından 5 ila 150 milyon yıl sonra gerçekleştiğini gösteriyor. Bunların büyük bir kısmı 20 ila 70 milyon yıl içindeydi. Theia çarpışmasının zamanlamasında belirsizlikler olsa da, bu sonuçlar mevcut aralıklarla uyumlu.
Simülasyonlar ayrıca, CC embriyolarının ve gezegenimsilerin Dünya'nın büyümesi boyunca birikmiş olabileceğini, ancak büyümenin sonraki aşamalarında yoğunlaştığını gösteren diğer sonuçları da destekliyor.
Yazarlar, "Bu senaryonun bağlamında, Dünya'ya çarpan son dev gök cismi, karışık simülasyonların yaklaşık yarısında bir CC bileşeni içeriyordu" diye belirtiyorlar. "Bunların çoğunda (simülasyonların %38'i), Theia bozulmamış bir CC embriyosuydu ve kalan durumlarda Theia, daha önce bir CC embriyosunu kendi bünyesine katmış bir NC embriyosuydu."
Araştırma aynı zamanda Jüpiter'in Güneş Sistemi'nin mimarisinde önemli bir rol oynadığını gösteriyor. Jüpiter sadece asteroit kuşağını sınırlamakla kalmıyor, aynı zamanda dış Güneş Sistemi'nden gelen CC malzemesini kayalık gezegenlerin, özellikle de Dünya'nın yoluna saçarak karasal gezegenlerin son bileşimini belirlemede önemli bir rol oynadı.
Dünya'nın bugünkü yaşamı destekleyen dünya haline gelmesi için milyonlarca şeyin doğru gitmesi gerekiyordu. Dışarıda Dünya gibi başka dünyaların olma olasılığı ise hala bilinmiyor. Bir ötegezegende yaşamın desteklenmesi için sadece yaşanabilir bir bölgede olmak yeterli olmayabilir. Dış dev gezegenlerin göç edip yaşanabilir bölgelerdeki kayalık dünyalara karbon taşıması da dahil olmak üzere, şaşırtıcı sayıda değişkenin doğru gitmesi gerekebilir.
