Yaklaşık 64 ışık yılı uzaklıkta bulunan ve henüz 20 milyon yaşında olan genç bir yıldız olan Beta Pictoris'in çevresinde, gezegenlerin hala oluştuğu devasa bir toz ve moloz diski bulunuyor. Astronomlar bu diskte şimdiden üç gezegen keşfetmiş durumda. Yapılan yeni bir çalışmada, Baltimore'daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü'nden bir astronom liderliğindeki ekip, James Webb Uzay Teleskobu'nu kullanarak bu diskteki buzu inceledi. Araştırmacılar hem su hem de karbondioksit buzu tespit etti.
Tespit edilen su buzu, kristal yapıda değil, camsı bir yapıda ve karbondioksit ile Güneş Sistemi'mizdeki kuyruklu yıldızlarda görülen oranlara yakın bir karışım halinde. Bu durum, su açısından zengin dünyaların oluşumu için gerekli temel bileşenlerin genç yıldızların çevresinde yaygın olabileceğini gösteriyor.
Kayıp Buz Bulundu
Beta Pictoris, gökyüzündeki en çok incelenen yıldızlardan biri. Diski, 1984 yılında ilk görüntülenenlerden biri olmuş ve neredeyse tam profilden görünmesi, gezegen sistemlerinin nasıl büyüdüğünü incelemek için doğal bir laboratuvar niteliği taşıyor. Gökbilimcilerin 'kalıntı diski' olarak adlandırdığı bu diskte, kuyruklu yıldızlar ve gezegenlerin yapı taşları olan 'planetezimal'lerin çarpışmalarıyla toz sürekli olarak yenileniyor.
Diskin yıldızdan uzak olan dış kısımları, su ve diğer uçucu moleküllerin katı buza dönüşmesi için yeterince soğuk. Disk, büyük miktarda karbonmonoksit gazı barındırıyor. Yıldızdan yayılan ultraviyole ışık, bu gazı 50 ila 300 yıl içinde yok etmeli. Ancak gazın hala var olması, bir şeylerin onu sürekli yenilemesi gerektiğini gösteriyor; en olası senaryo ise uçucu maddelerce zengin kuyruklu yıldızların çarpışmasıyla buzdan serbest kalması. Beta Pictoris b gezegeninin özellikleri de, buz açısından zengin malzemelerden oluştuğunu düşündürüyor.
Ancak sisteme bol miktarda buz olduğuna dair güçlü işaretler olmasına rağmen, önceki araştırmalar buz tespitinde başarısız olmuştu. Su buharı tespit etme girişimleri sonuç vermemiş ve 3 mikrometre dalga boyunda yıldız ışığında su buzunun yarattığı belirgin azalmayı arayan bir araştırma da başarısızlıkla sonuçlanmıştı.
Teorik modellere göre, yıldızdan yayılan ultraviyole radyasyon, saf buz taneciklerini, çarpışmaların üretebileceğinden daha hızlı yok edebilir. Diğer yandan, diğer moleküllerle karışık, 'kirli' buz taneciklerinin ise daha uzun süre dayanması bekleniyor.
Yansıyan Işığı Okumak
Ekip, 7 Aralık 2023'te Webb'in Yakın Kızılötesi Spektrografı'nı (NIRSpec) kullanarak Beta Pictoris'i gözlemledi. Görüntünün her noktası için 0.6 ila 5.2 mikrometre arasındaki tam bir tayfı kaydeden bir modda çalıştılar. Yıldızın ezici parlaklığını çıkardıktan sonra ekip, buzların parmak izlerini aramak için diskin tozunun her dalga boyunda ne kadar yıldız ışığı yansıttığını ölçtü.
Su buzu, 3 mikrometre civarında ışığı güçlü bir şekilde emerken, karbondioksit buzu daha ağır olan karbon-13 izotopunu içerdiğinde 4.27 mikrometre veya 4.39 mikrometre civarında soğur. Ekip ilk olarak diskin tamamında su buzu özelliklerini haritalandırdı ve bunların şaşırtıcı derecede homojen olduğunu buldu. Ardından, yıldızın her iki tarafında, her biri yaklaşık 100 astronomik birim uzaklıkta bulunan iki noktadan ayrıntılı tayflar çıkardılar.
Her iki tayf da hem su hem de karbondioksit buzunu gösterdi; ikincisi hem yaygın formu hem de daha nadir olan karbon-13 versiyonuyla birlikte. Ancak bu özelliklerin şekli, orada oldukları gerçeğinden daha fazlasını ortaya koydu.
Kirli Cam Gibi
Karbondioksit özelliklerinin kısa dalga boylarına doğru hafifçe kaymış olması ve laboratuvarda ölçülen saf karbondioksit buzundan çok daha geniş olması dikkat çekiciydi. Ekip, bu durumun, karbondioksit moleküllerinin su buzu içinde hapsolduğunda ortaya çıktığını belirtiyor. Başka bir deyişle, iki buz ayrı tanecikler halinde yan yana durmuyor; iyice karışmış durumdalar. Bu da, modellerin yıldızın ultraviyole radyasyonundan kurtulabileceğini öne sürdüğü kirli buz türünü oluşturuyor.
Ekip, her 10 su molekülü için birden biraz fazla karbondioksit molekülü bulunduğunu hesapladı, bu da buzun yaklaşık %11'inin karbondioksit olduğu anlamına geliyor. Bu oran, Güneş Sistemi'ndeki kuyruklu yıldızlarda ölçülen %2.5 ila %30 aralığı ve diğer yeni doğan yıldızların disklerindeki buzda görülen %7 ila %20 aralığına denk geliyor. Bu, Beta Pictoris'in buzlarının, yıldız oluşumunun en erken aşamalarında soğuk, yoğun, su açısından zengin bulutlarda toz tanecikleri üzerinde birikerek, kendi Güneş Sistemi'mizdeki gibi aynı süreçlerle oluşmuş olabileceği anlamına geliyor.
Su buzunun yapısı da bu yöne işaret ediyordu. Su, orta dereceli sıcaklıklarda donduğunda, molekülleri düzenli bir kristal kafese yerleşir ve kristal buz, 3 mikrometrenin hemen üzerindeki tayfta keskin bir tepe noktası oluşturur. Beta Pictoris'te bu tepe noktası yoktu. Buz neredeyse tamamen amorfdu; su moleküllerinin çok hızlı ve çok soğuk donması sonucu moleküllerin yerleştikleri yerde takılıp kalmasıyla oluşan düzensiz, camsı bir katı. Ekip, sistemdeki su buzunun %7'sinden azının kristal olduğunu tahmin ediyor, bu da biraz şaşırtıcı.
Modeller, kalıntı disklerdeki buzun çoğunlukla kristal olması gerektiğini öngörüyordu. Amorf buzun bu formda kalabilmesi için yaklaşık 100 Kelvin'in (eksi 173 Santigrat derece) altında kalması gerekiyor. Aksi takdirde, yüksek enerjili ultraviyole ışık, kozmik ışınlar veya yıldızdan yayılan parçacıklar gibi bir şeylerin kristal yapısını bozması gerekiyor. Her iki durumda da, araştırmacılar buzun, Beta Pictoris gezegenleri şekillenmeye başlamadan çok önce, yıldızlararası ortamda oluştuğu sonucuna vardı.
Geriye kalan soru, buz taneciklerinin diske bu kadar eşit bir şekilde nasıl yayıldığıydı.
Sürekli Çarpışmalar
Ekip, bu eşit buz dağılımının planetezimal arasında sık sık çarpışmalar gerektirdiğini savunuyor. Her çarpışma, yıldız ışığının yok ettiği buzu yenileyerek, çarpan cisimlerin derinliklerinde gömülü ve korunmuş buzu da içeren taze buzlu tozları serbest bırakacaktır. Bu tür çarpışmaların gerçekleştiğine dair zaten kanıtlarımız var. Daha önceki kızılötesi görüntüler, diskin güneybatı kolunda, yıldızdan yarı yoldan biraz daha az bir mesafede meydana gelen şiddetli bir çarpışmanın kalıntısı olduğu düşünülen eğimli, asimetrik bir toz izini ortaya çıkarmıştı.
Ekibin bulguları, diskin karbonmonoksit gazının çarpan buzlu cisimlerden geldiği fikrini destekliyor ve ultraviyole ışığına sürekli maruz kalan bir ortamda buzun nasıl hayatta kalabileceğine dair bir açıklama sunuyor. Ekibin belirleyemediği şey ise, tam olarak ne kadar kristal buzun mevcut olduğu veya karışımdaki diğer moleküllerin varlığı.
Ancak 64 ışık yılı uzaktaki genç bir gezegen sisteminin, bizimkinden çok benzer buzlu bileşenlerle başlamış olması mümkünse, o zaman ilkel, yıldızlararası buz, genel olarak gezegen sistemlerinin yaygın bir bileşeni olabilir. Bu, su açısından zengin, potansiyel olarak yaşanabilir dünyaların hammaddelerinin de yaygın olabileceği anlamına geliyor.
Kaynakça: arstechnica.com
