Güneş Sistemimizin diğer gezegen sistemleri için tipik bir örnek olduğu fikri, ötegezegen keşifleri çağında geçerliliğini yitirdi. Kepler ve TESS gibi teleskoplar bize, sistemimizin en yaygın gezegen türünü, yani 'Neptün altı' gezegenleri bile içermediğini gösterdi. Bu gezegenler, gezegen bilimcileri için bir gizem teşkil ediyor ve James Webb Uzay Teleskobu (JWST) bu gizemi çözmeye yardımcı oluyor.
Neptün altı gezegenler, Dünya'dan daha büyük, ancak Neptün'den daha küçük yarıçaplara sahip ötegezegenlerdir. Çoğu Neptün altı gezegenin puslu atmosferleri vardır ve gözlemlenmeleri zordur.
Ancak, JWST'nin kızılötesi gözlem yetenekleri, ötegezegen bilimcilerinin bu yaygın dünyaları anlamasına yardımcı oluyor. Bu gezegenlerin kökenleri gizemlidir ve neden bu kadar çok olduklarını anlamak, ötegezegen biliminde önemli bir araştırma alanıdır. Sadece bol sayıda olmakla kalmıyorlar, aynı zamanda altı tanesinin birden yörüngesinde döndüğü bir yıldız bile bulundu.
Çoğu Neptün altı gezegen, küçük, soğuk M tipi (kırmızı cüce) yıldızların yörüngesinde bulunmuştur. Ancak, bunlardan biri olan TOI-421b, Güneş'e çok benzeyen G tipi bir yıldızın yörüngesinde dönüyor. Bu araştırmada gezegenin sıcaklığı önemli bir faktör. Pus oluşumu için gereken sıcaklık eşiğinden daha yüksek bir sıcaklığa sahip olması, onu JWST için cazip bir hedef haline getirdi.
Yakın zamanda yapılan yeni bir araştırma, JWST'nin bu gezegen üzerindeki gözlemlerinin sonuçlarını sunuyor. Yapılan çalışma, TOI-421b'nin atmosferinin özelliklerini detaylandırıyor. Bu tür küçük gezegenlerin atmosferlerini incelemenin, Neptün altı gezegenlerin nasıl oluşup evrimleştiğini anlamak için kritik olduğu ve güneş sistemimizde neden bu tür gezegenlerin bulunmadığına dair ipuçları verdiği belirtiliyor.
Bilim insanları, bu gezegenlerin burada neden bulunmadığını anlamaya büyük önem veriyor, çünkü cevap onların nasıl oluştuğuyla ilgili. Ötegezegen popülasyonu hakkındaki şaşırtıcı noktalardan biri 'yarıçap boşluğu' veya 'yarıçap vadisi' denilen durumdur. Yaklaşık 1.5 ila 2.0 Dünya yarıçapı arasındaki gezegenlerin nispeten az olduğu görülür; gezegenler ya daha küçük 'Süper-Dünyalar' ya da daha büyük Neptün altı gezegenler olma eğilimindedir. Gezegenler başlangıçta bu boşlukta oluşabilir, ancak yıldız radyasyonu nedeniyle atmosfer kaybına uğrayarak Süper-Dünyalara dönüşebilirler.
Neptün altı gezegenler, diğer ötegezegen türlerine kıyasla gözlemlenmesi zordur. JWST'den önce, gökbilimcilerin onlar hakkında çok az bilgisi vardı. Gözlemler, nispeten düz ve belirgin olmayan iletim spektrumlarına sahip olduklarını gösteriyordu. Bu, belirgin hiçbir özelliğin veya görünür kimyasal izlerin olmadığı anlamına geliyordu. Gökbilimciler, gezegenlerin kalın pus ve bulutlara sahip olduğu sonucuna varmıştı.
Bilim insanları, bu sönük spektrumların nedeninin fotokimyasal pus olduğunu düşünüyor. Bu tür pusun, özellikle 850 Kelvin'in altındaki sınırlı bir sıcaklık aralığında oluştuğu tahmin ediliyor. Bu, bu eşik sıcaklıktan daha sıcak gezegenlerin, görüşü engelleyen pusdan arınmış olması ve atmosfer araştırmaları için ideal, şeffaf atmosferler sunması gerektiği anlamına geliyor.
Neptün altı gezegenler için normalden daha yüksek bir sıcaklığa sahip olan TOI-421b, bu gezegen türüne daha iyi bir bakış sunma şansı veriyordu. Araştırmacılar, TOI-421b'yi gözlemlemelerinin nedeninin, bu gezegenin puslu olmayabileceğini düşünmeleri olduğunu belirtiyor. Bunun nedeni, daha önce elde edilen bazı verilerin, belirli bir sıcaklık aralığının üzerindeki gezegenlerin, diğerlerine göre pus veya bulutlarla daha az örtülü olabileceğini ima etmesiydi.
JWST beklentileri karşıladı ve ötegezegenin atmosferinin bir spektrumunu elde etti. Spektrumda çeşitli gazlara atfedilen spektral özellikler görüldü ve bu da atmosferin bileşimini belirlemeyi sağladı. Daha önce gözlemlenen diğer Neptün altı gezegenlerin çoğunda ise atmosferlerinin bir şeylerden oluştuğu biliniyor, ancak bu özellikler pus tarafından engelleniyordu.
Araştırmacılar, JWST'nin sonuçlarının büyük miktarda hidrojen içeren bir atmosferi işaret etmesi karşısında şaşırdılar. Daha önce Webb ile gözlemlenen ilk birkaç Neptün altı gezegenin ağır moleküllü atmosfere sahip olduğu düşünülüyordu, bu yüzden beklenti bu yöndeydi, ancak tam tersi bir sonuçla karşılaşıldı.
Bu durum, TOI-421b'nin daha soğuk Neptün altı gezegenlerden farklı şekilde oluşmuş ve evrimleşmiş olabileceğini düşündürüyor.
JWST'nin bulguları, TOI-421b'nin atmosferinin yıldızının bileşimini taklit ettiğini gösteriyor. Eğer ev sahibi yıldızı oluşturan gazın aynısını alıp, bu gezegenin çok daha soğuk sıcaklığında bir gezegen atmosferinin üzerine koysaydınız, aynı gaz kombinasyonunu elde ederdiniz. Bu süreç, güneş sistemimizdeki dev gezegenlerle daha uyumlu ve şu ana kadar Webb ile gözlemlenen diğer Neptün altı gezegenlerden farklı.
Makalenin sonuç bölümünde, araştırmacılar bu bulguların etkilerini tartışıyor. Ötegezegen bilimcileri, Neptün altı gezegenlerin ve Süper-Dünyaların her ikisinin de başlangıçta, çevrelerindeki gaz ve toz diskinden hidrojen atmosferlerini çeken kayalık çekirdekler olarak başladığını düşünüyor. Yıldızlarının radyasyonuna maruz kalmak, atmosferlerini sıyırmaya başladı ve çekirdek kaynaklı kütle kaybı da buna katkıda bulunmuş olabilir. Neptün altı gezegenler daha büyük kütleli çekirdeklere sahipti ve atmosferlerini korurken, Süper-Dünyalar koruyamadı. Bu, yarıçap vadisini açıklayabilir. Araştırmacılar, bulgularının ve TOI-421b'nin tahmin edilen yaklaşık yüzde 1'lik hidrojen/helyum kütle oranının, gezegenin ilkel bir atmosfere sahip olduğunu ima ettiğini ve bunun, yarıçap vadisinin kütle kaybı süreçleriyle şekillendiği tahminleriyle uyumlu olduğunu belirtiyor.
