Güneş Sistemi'nin erken dönemlerinin ne kadar kaotik olduğunu anlamak için Ay'a bakmamız yeterli. Kraterlerle kaplı yüzeyi, sayısız çarpışmanın izlerini taşıyor. Erken Güneş Sistemi, adeta bir enkaz alanıydı ve nesneler art arda yaşanan çarpışmalarla birbirine çarpıyordu.
Aynı durumun tüm genç ötegezegen sistemleri için de geçerli olması bekleniyor. Yeni bir araştırmada, bilim insanları ne olacağını görmek için iki devasa gezegen arasındaki bir çarpışmayı simüle ettiler.
Bazı devasa ötegezegenlerin çekirdekleri, 100 Dünya kütlesinden fazla katı madde içerebilir. Bu gezegenler muhtemelen, her biri yaklaşık 10 Dünya kütlesi içeren daha küçük ötegezegenlerin çekirdekleriyle çarpışıp birleşerek bu kadar büyüdü ve bu kadar çok metal (astronomide hidrojen ve helyum dışındaki tüm elementler metal olarak kabul edilir) barındırdı.
Yeni araştırmada gökbilimciler, daha genç, daha küçük bir gaz devinin, daha yaşlı, daha büyük bir gaz deviyle çarpışmasını simüle ederek, bu çarpışmanın uzun ömürlü sismik dalgalar üretip üretmediğini ve James Webb Uzay Teleskobu (JWST) tarafından tespit edilip edilemeyeceğini görmek istediler.
Bu çalışmayı yönlendiren iki temel soru vardı: Birincisi, bu tür dev bir çarpışma güçlü ve uzun ömürlü sismik dalgalar üretir mi? İkincisi, JWST bunları tespit edebilir mi?
JWST, sismik dalgaları doğrudan algılayamaz, ancak ışık değişikliklerini son derece hassas bir şekilde tespit edebilir. Eğer sismik dalgalar yeterince güçlüyse, uzay teleskobu bunları dev gezegenin fotometrik (parlaklık veya ışık) değişimleri aracılığıyla algılayabilir.
Araştırmacılar, prensip olarak, gezegen ölçeğindeki çarpışmaların, doğrudan görüntülenen ötegezegenlerde sismik salınımları uyarabileceğini ve bunların JWST gibi uzay görevleriyle fotometrik olarak tespit edilebileceğini belirtiyorlar. Çalışmada, genç bir gaz devi ile yaşanan dev bir çarpışmanın, fotometrik olarak tespit edilebilecek uzun ömürlü sismik salınımları uyardığı gösterildi.
Araştırmacılar, spesifik olarak Beta Pictoris b adlı bir ötegezegene odaklandılar. Bu, yaklaşık 13 Jüpiter kütlesine sahip, genç bir süper-Jüpiter gezegeni. Beta Pictoris b sadece yaklaşık 12 ila 20 milyon yaşında. Beta Pictoris sistemi ve ötegezegen, birçok araştırmanın konusu olmuş durumda.
Önceki araştırmalar, gezegenin metallerle zenginleştiğini gösteriyor; bu durum muhtemelen güçlü gezegenimsil zenginleşme (küçük gök cisimlerinin gezegene eklenmesi) nedeniyledir. Bu dev ötegezegen, 100 ila 300 Dünya kütlesi arasında ağır metal (demirden daha ağır elementler) içeriyor.
Bilim insanları, 17 Dünya kütlesine sahip Neptün kütlesinde bir gezegenin Beta Pictoris b ile çarpışıp birleşmesinin sonuçlarını hesapladılar.
Jüpiter kütlesindeki ötegezegenlerdeki devasa ağır metal rezervlerinin, dev çarpışmalar yoluyla birikebileceği açıklandı. Çarpan cisimler ve bunların büyüyen bir gezegene aktardığı momentum, bir dizi sismik modu uyarır.
Bu sismik aktivite bir kez başladığında, genç bir gezegenin yaşına benzer zaman ölçeklerinde devam edebileceğini belirttiler.
Araştırmacılar, Beta Pictoris b'nin parlaklığının, indüklenen sismik dalgalara uygun olarak değişeceğini buldular. Eğer bir çarpışma son 9 ila 18 milyon yıl içinde gerçekleşmiş olsaydı, JWST bu etkilerin bir kısmını tespit edebilirdi.
JWST'nin güçlü fotometrik yeteneklerini kullanmak, sismik dalgaları kullanarak ötegezegenlerin iç yapılarını incelemek için yeni bir yol sunuyor.
Sismolojinin, dev gezegenlerin içyapılarına doğrudan bir pencere açtığını ifade eden araştırmacılar, en uzun ömürlü normal modların frekanslarının gezegenin dinamik frekansına yakın olması nedeniyle, bir frekans ölçümünün gezegenin kütle yoğunluğunu kısıtlayabileceğini belirtiyorlar.
Ayrıca, bu gözlemlerin, Satürn için yapıldığı gibi, kararlı katmanlaşma bölgelerini de tespit edebileceğini söylüyorlar. Kütle çekimi ölçümleri, Güneş Sistemimizdeki dev gezegenlerin iç yapılarını ölçmek için kullanılmıştır, ancak bu yöntem, başka yıldızların etrafındaki uzak dev gezegenlerde de kullanılabilir.
Yöntemin başka kullanım alanları da olabileceği açıklandı. Gezegen göçlerini (bir gezegenin yörüngesinin zamanla değişmesi) tespit etmek için kullanılabilir.
Dev gezegenlerde salınımları uyaran tek şeyin çarpışmalar olmadığını belirten araştırmacılar, sıcak ve ılık Jüpiterlerin, yüksek dış merkezlikli göç (yıldızdan kaynaklanan gelgitsel kütle çekim kuvvetlerinin en düşük frekanslı temel modu büyük genliklere kadar uyardığı bir süreç) yoluyla oluşabileceğini ifade ediyorlar.
Araştırmacılar, yüksek dış merkezli devasa gezegenlerin kızılötesi ışık eğrilerinin, gelgit tarafından uyarılmış f-modlarından kaynaklanan değişimler sergileyebileceği sonucuna varıyorlar.
