Bilim insanları, Güneş benzeri bir yıldızın ölümünden kurtulan ve bir beyaz cüce etrafında dönen bir gezegen olan WD 1856 b'yi incelemek için James Webb Uzay Teleskobu'nu kullandı. Elde edilen bulgular, bu olağanüstü sistemi daha da ilginç hale getirdi.
Beslenme Çılgınlığı
WD 1856 b, beklenmedik bir keşifti. 2020 yılında astronomlar, TESS gözlemevi ile yaklaşık 2.000 beyaz cüce yıldızını incelemeye aldı. Beyaz cüceler, Güneş benzeri yıldızların kırmızı dev evresini tamamlamasının ardından geriye kalan, temel olarak karbon ve oksijen gibi elementlerden oluşan Dünya boyutunda kalıntılarıdır. TESS ekibi, bu ölü yıldızların önünden geçen kuyruklu yıldızlar veya asteroitler gibi küçük cisimleri arıyordu.
Ancak WD 1856 sisteminde bulunan şey, devasa bir gaz gezegeniydi. Cornell Üniversitesi'nden teorik astofizikçi ve WD 1856 b hakkındaki Nature çalışmasının ortak yazarı Christopher O'Connor, "Görüntüyü gördükleri anda 'tamam, bu tuhaf' dediler" diye belirtti.
Beyaz cüce, etrafında dönen gaz devine göre yaklaşık yedi kat daha küçüktü. Gezegen yıldızın önünden geçtiğinde parlaklığının neredeyse sıfıra düşmesi beklenirken, bunun yerine yaklaşık yarı yarıya azalıyordu. O'Connor, bunun nedeninin gezegen diskinin sadece kenarının yıldızın yüzeyine değdiği, yani çok nadir görülen bir açıdan gözlem yapıldığı "kıyas geçiş" olduğunu düşünüyor. "Bu çok olası olmayan bir bakış açısı, ama gördüğümüzü açıklamanın tek yolu bu," dedi.
Dahası, gezegen beyaz cüceye yaklaşık 0.02 AB uzaklıkta yörüngede dönüyor. Bu durum, bir yıldızın ölümünün yörünge sistemini nasıl değiştireceğine dair mevcut düşüncelerimizle çelişiyor. O'Connor, "Yıldız kırmızı deve dönüştüğünde, iç gezegenleri yutar" diye açıklıyor. Ardından, bir beyaz cüceye küçülme sürecinde orijinal kütlesinin yaklaşık yarısını kaybeder, bu da kütle çekim kuvvetinin zayıflaması anlamına gelir. "Gaz devleri gibi dış gezegenlerin yaklaşık iki kat dışarı doğru göç etmesi gerekir," diye ekliyor.
Ancak WD 1856 b, dışarı doğru göç etmek yerine yaklaşıyor gibi görünüyordu.
Bu keşif, bilim camiasında hemen heyecan yarattı. O'Connor, "Teorik astofizikçiler arasında bir beslenme çılgınlığına yol açtı. Tamamen tuhaf, tamamen yanlış yerde, önceki düşünce biçimlerimizden tamamen beklenmedik bir şey bulduğunuzda, evren bize yaratıcı olmamız için davetiye çıkarıyor demektir." Ancak önce bilim insanlarının daha fazla veriye ihtiyacı vardı. Bu nedenle O'Connor'un ekibi, WD 1856 sisteminde neler olduğunu daha yakından incelemek için James Webb Uzay Teleskobu'nda zaman ayarladı.
Sekiz Dakikalık Işık
JWST gözlemleri 27 Nisan 2023'te yapıldı ve sadece sekiz dakika süren tek bir geçişi kaydetti. Bakış açısı ve yıldız ile gezegeni arasındaki alışılmadık boyut uyumsuzluğu, hemen teknik bir sorun teşkil etti. Standart ötegezegen geçiş spektroskopisi, daha küçük bir gezegenin çok daha büyük bir yıldızın yüzeyinde tamamen siluet oluşturduğunu varsayar, ancak durum burada böyle değildi.
Bu sorunu aşmak için ekip, geçiş spektrumunu gezegenin yıldız diskiyle kesişen zamanla değişen alanını ifade etmek üzere yeni denklemler geliştirdi. Ardından, JWST verilerine dayanarak ötegezegenlerin atmosferlerini yeniden yapılandırmak için kullanılan ve kıyası geçiş geometrisini hesaba katacak şekilde değiştirilmiş POSEIDON yazılımını kullandılar (bu yazılım, çalışmanın baş yazarı Ryan MacDonald tarafından geliştirilmişti). Bilim insanları sayıları işledikten sonra, WD 1856 b'nin atmosferi biraz şaşırtıcı çıktı.
Gezegenin aerosol puslarıyla kaplı olduğu ve atmosferinde metan bulunduğu ortaya çıktı. Ayrıca ekibin beklediğinden çok daha sıcaktı. WD 1856 b, soğuyan ana yıldızından aldığı enerjinin yaklaşık 25 katı kadar enerjiyi uzaya yayıyor gibi görünüyordu. O'Connor'a göre yıldızı yaklaşık 6 milyar yıldır ölü olmasına rağmen, gezegen parlıyordu.
O'Connor, bu olağanüstü sıcaklığın WD 1856 b'nin geçmişi hakkında bize çok şey söylediğini savunuyor.
Sıcak Kaynak
O'Connor, "Bu gezegenin Jüpiter kadar sıcak olmasını bekliyorduk ama öyle değildi," dedi. Yaklaşık 6 milyar yıldır soğuyan bir beyaz cüceye yaklaşık 0.02 AB mesafede olan WD 1856 b'nin, Jüpiter'in bulut üstlerinin sıcaklığına yakın, 150 ila 200 Kelvin arasında olması bekleniyordu. Bunun yerine, sıcaklığı yaklaşık 400 Kelvin idi. O'Connor, "Bu gezegenin parlamasına neden olan şey, yıldızdan gelen enerjiyi yeniden yaymaktan ziyade, içeriden gelen bir ısı olmalı," diye ekledi.
Ekibe göre gezegen, oluşumundan kalan ısıyı yayıyordu. Bir noktada onu ısıtan bir şey olmuş olmalıydı. Gezegenin soğuma modellerini geriye doğru inceleyen ekip, bunun ne zaman gerçekleştiğini tahmin etmeyi başardı. Bu sayede, bilim insanları WD 1856 b'nin neden bu kadar yakına geldiğinin en olası nedenini buldular.
Ekip başlangıçta WD 1856 b'nin mevcut yörüngesine nasıl geldiğini açıklamak için iki rakip senaryo ortaya attı. Birincisi, gezegenin başlangıçta yakın bir yörüngede bulunduğu ve yıldızın kırmızı deve genişlemesi sırasında içine alınmaktan kurtulduğu, ardından yıldız zarfından sıcak ve kalıntı çekirdeğe yakın bir şekilde çıktığı ortak zarf modeliydi. İkincisinde ise, yüksek dışmerkezlilik göç modeli, gezegenin daha uzakta başladığı, yörüngesinin yoldaş nesnelerle (WD 1856'nın iki uzak yıldız yoldaşı var) kütle çekim etkileşimleri nedeniyle kararsızlaştığı ve ardından milyarlarca yıl boyunca yüksek derecede dışmerkezli dalışlar dizisiyle içeri doğru spiralleştiği belirtildi.
Bu iki senaryonun farklılaştığı noktalardan biri zamanlamaydı. Ortak zarf evrimi, yıldızın kırmızı dev aşamasını tamamladığında sona erer; bu durumda yaklaşık 5,4 milyar yıl önceydi. Yüksek dışmerkezlilik göçü, bir gezegeni milyarlarca yıl sonra mevcut yörüngesine ulaştırabilirdi.
Gezegenin mevcut sıcaklığını soğuma modelleriyle geriye doğru çalıştıran ekip, ısınma olayının büyük olasılıkla kırmızı dev aşamasının bitiminden 3 ila 5,5 milyar yıl sonra gerçekleştiğini buldu. Bu, ortak zarf senaryosu için çok geçti. O'Connor, "Gezegenin sıcaklığını göç sürecinin kalıntı ısısı olarak yorumluyoruz ve zamanlamanın ancak yoldaş yıldızlarla olan kütle çekim etkileşimleri yoluyla olabileceğini düşünüyoruz." dedi.
Ancak bu açıklamada bir uyarı vardı.
Kurtulanların Peşinde
Hesaplamalarda kullanılan soğuma modelleri, atmosferin yaklaşık %0,3'ünü metanın oluşturduğu Jüpiter benzeri atmosferik bileşimlere sahip nesneler için inşa edilmişti. WD 1856 b'de ise metan içeriği yaklaşık %7 idi. Metan çok güçlü bir sera gazı olduğundan, bu tutarsızlık modellerin tahminlerini saptırmış olabilir. O'Connor, WD 1856 b'nin atmosferik bileşimlerine daha yakın nesnelerin yeni modellerini inşa etmenin, kurtulan gezegenin evrimini doğru anladığımızdan emin olmak için gerekli olabileceğini söylüyor. "Bu oldukça adanmış bir çaba gerektirecek," dedi. Ancak bu tür çabalar yakında sonuç verebilir.
WD 1856, Dünya'ya sadece yaklaşık 75 ışık yılı uzaklıkta, neredeyse galaktik komşumuz. O'Connor, bu yakınlığı, yıldızlarından daha uzun yaşayan başka gezegenler olabileceğine bir ipucu olarak görüyor. "Bize bu kadar yakın olması, bulunmayı bekleyen çok daha fazlası olabileceğine işaret ediyor." Ancak gezegen kurtulanları için geniş bir arama başlatmadan önce, ekibin WD 1856 sistemini daha ayrıntılı incelemek istediği belirtiliyor.
O'Connor, "Bu makaleyi gönderdikten çok sonra, bu sistemin ek James Webb Teleskop gözlemlerini zaten aldık. Ekibimiz gerçekten yeni başladı." dedi.
