Güneş Sistemi'mizin gezegen kralı Jüpiter, başka yıldız sistemlerindeki devasa gezegenlerin yanında küçük kalıyor. Galaksideki diğer yıldız sistemlerinde, geleneksel oluşum teorilerinin açıklamakta zorlandığı, kendi yıldızlarından milyarlarca kilometre uzakta yörüngede dönen devasa gezegenler bulunuyor. Bu 'süper-Jüpiterler' bilim dünyasında büyük bir merak uyandırıyor.
Yapılan yeni bir araştırmada, yaklaşık 130 ışık yılı uzaklıktaki üç devasa gaz devinin atmosferik kimyası incelenerek, bu kadar büyük gezegenlerin nasıl oluştuğuna dair ipuçları arandı.
Pegasus takımyıldızında bulunan ve Güneş'ten biraz daha sıcak olan HR 8799 yıldızının etrafında dört bilinen gaz devi bulunuyor. Bu gezegenler, Jüpiter'in kütlesinin 5 ila 10 katı arasında değişen devasa boyutlara sahip.
Bilim insanları, James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) NIRSpec enstrümanından elde edilen orta çözünürlüklü spektrumları kullanarak, sistemin en içteki üç gezegeninin atmosferik bileşimini 3 ila 5 mikron dalga boylarında detaylı bir şekilde analiz etti.
Gaz devleri, kısa süreliğine döteryum füzyonu yapan ve yıldızlarla kahverengi cüceler arasındaki kütle aralığına yaklaşabilen objelerdir. Ancak astronomlar, bu iki oluşum türünün temelde farklı yollarla meydana geldiğine inanıyor. Kahverengi cüceler, yıldızlar gibi yerçekimsel çöküşle oluşurken, hidrojen füzyonunu sürdürecek kütleye sahip değillerdir. Gezegen oluşumu ise daha çok, katı maddelerin protoplanter diskte bir araya gelerek yavaşça büyüyen çekirdeklerin oluştuğu 'çekirdek birikimi' süreciyle açıklanıyor. Bazı büyük çekirdekler, oluştuğu bulutsudan kalan gazları toplayarak gaz devlerine dönüşebiliyor.
Bu senaryo, Jüpiter ve Satürn gibi gezegenler için geçerli olsa da, HR 8799 gibi daha uzak mesafelerde daha ağır dev gezegenlerin olduğu bir sistemde ne kadar geçerli olduğu sorgulanıyor. Bu gezegenler, yıldıza Dünya'nın Güneş'e olan uzaklığının yaklaşık 15 ila 70 katı mesafede, yani 2 milyar ila 10 milyar kilometre arasında yörüngede dönüyorlar.
Bu ölçekte, bazı uzmanlar böylesine devasa ve uzak gezegenlerin çekirdek birikimiyle oluşup oluşamayacağını sorguluyor. Yıldızdan uzakta çekirdek birikimi daha yavaş gerçekleşeceği ve disk dağılmadan gezegenlerin yeterli maddeyi toplamak için yeterli zamana sahip olamayacağı düşünülüyor. Bu durum, bu tür dünyaların, kahverengi cüceler gibi yerçekimsel çöküşten kaynaklanmış olabileceği ihtimalini akla getiriyor.
Bu fikri test etmek için araştırmacılar, HR 8799 gezegenlerinin JWST verilerini kullanarak, protoplanter disklerde büyük ölçüde katı tanecikler halinde bulunan ve atmosferde tespit edilmesi durumunda oluşum sırasında katı madde birikimine işaret eden kükürt elementini aradı.
Araştırmacılar, HR 8799 c ve d gezegenlerinde hidrojen sülfür varlığına dair güçlü kanıtlar buldu. Atmosfer modelleri ise tüm iç gezegenlerde benzer kükürt zenginleşmesini gösterdi.
Araştırmanın ortak yazarlarından Jean-Baptiste Ruffio, "JWST'nin eşsiz hassasiyeti, bu gezegenlerin atmosferlerinin en ayrıntılı incelemesini yapmamızı sağlayarak bize oluşum yolları hakkında ipuçları veriyor. Kükürt tespitimizle, HR 8799 gezegenlerinin beklenmedik bir şekilde Jüpiter ile benzer bir yolla oluşmuş olabileceğini çıkarsıyoruz, ancak kütleleri 5 ila 10 kat daha fazla olmasına rağmen." dedi.
Gezegenler yıldızlarından binlerce kat daha soluk olmasına rağmen, JWST'nin hassasiyeti sayesinde araştırmacılar zayıf sinyallerini yıldız parlaklığından ayırmayı başardı. Bunu başarmak için gezegenlerin karmaşık atmosfer modellerini oluşturdular ve bu modelleri verilerle karşılaştırdılar.
Çalışmanın ortak yazarlarından Jerry Xuan, "Sonunda, bu gezegenlerde birkaç molekül tespit ettik. Bunlardan bazıları, hidrojen sülfür de dahil olmak üzere ilk kez tespit edildi." diye belirtti.
Gezegenler, ev sahibi yıldızlarına kıyasla karbon, oksijen ve kükürt gibi ağır elementler açısından zenginlik gösteriyor. Bu durum, oluşumları sırasında büyük miktarda katı maddenin birleştiğini gösteriyor. Ancak araştırmacılar, bu ağır element zenginleşme seviyesinin bazı klasik oluşum modelleriyle tutarlı olmadığını tespit etti.
Araştırmacılar, HR 8799 sistemi dışındaki diğer sistemlere de bakmaları gerektiğini belirtirken, mevcut verilere göre bu üç devasa gezegenin oluşum verimliliği oldukça kafa karıştırıcı.
Çalışma, Nature Astronomy dergisinde yayımlandı.
