TOI-1231 b: Araştırmaya Uygun Atmosfere Sahip Bir Dış Gezegen Keşfedildi!

NASA'nın Jet İtki Laboratuvarı ve New Mexico Üniversitesi'nden bilim insanlarının dahil olduğu uluslararası bir araştırma grubu, yakındaki bir M cüce yıldızının yörüngesinde 24 günlük bir periyotla dönen yeni, ılıman ve Neptün-altı boyutta bir ötegezegen keşfetti. Bu keşif, gezegenin önemli miktarda atmosfere sahip olması, küçük bir yıldızın etrafında dönüyor olması ve sistemin Dünya'dan uzaklaşma hızı nedeniyle heyecan verici araştırma fırsatları sunuyor.

TOI-1231 b: Yakınlardaki M3 Cüce NLTT 24399'dan Geçiş Yapan Ilıman, Neptün Büyüklüğünde Bir Gezegen başlıklı araştırma, The Astronomical Journal'ın önümüzdeki sayılarından birinde yayınlanacak (an itibariyle ön-baskı olarak yayınlanmış halde).^[1] TOI-1231 b adı verilen ötegezegen, Geçiş Yapan Ötegezegen Araştırma Uydusu (TESS) tarafından toplanan fotometrik veriler kullanılarak tespit edildi ve sonrasında. Sonrasında, Şili'deki Las Campanas Gözlemevi'ndeki Magellan Kil Teleskopu (İng: "Magellan Clay Telescope" veya kısaca "MCT") üzerinde bulunan Gezegen Bulucu Spektrograf (İng: "Planet Finder Spectrograph" veya kısaca "PFS") ile takip edildi. Gezegen Bulucu Spektrograf, öte gezegenlerin ev sahibi yıldızları (etrafında döndükleri yıldız) üzerindeki kütleçekim etkilerine bakarak, bu ötegezegenleri tespit eden, gelişmiş bir araçtır. Ötegezegenler, ev sahiplerinin yörüngesinde dolanırken, yıldızlarına ait hız ölçümlerinin periyodik olarak değişmesine neden olurlar. Yani ötegezegenlerin mevcudiyeti, kütleleri ve yörüngeleri hakkındaki bilgileri ortaya çıkarır.

ArXiV

NASA'nın TESS aracı, her yarımküreyi 13 sektöre ayırıp, bunların her birini yaklaşık 28'er gün boyunca inceliyor. Bu gözlem stratejisi, geçiş yapan ötegezegenlere (yani yıldızı ile Dünya arasından geçen ötegezegenlere) yönelik bugüne kadar yapılan en kapsamlı gökyüzü taraması olma özelliğini taşıyor. Bu yaklaşımın, Güneş-benzeri yıldızlardan, düşük kütleli M-tipi cüce yıldızlara kadar olan çok çeşitli büyüklükteki yıldızların etrafında dönen, hem büyük hem de küçük gezegenleri tespit etme konusunda başarılı bir yöntem olduğu, daha önceki çalışmalarla zaten kanıtlamıştı. "Kırmızı cüce" olarak da bilinen M-tipi cüce yıldızlar, galaksideki tüm yıldızların yaklaşık %70'ini oluştururlar ve bu, onları Samanyolu'ndaki en yaygın yıldız türü yapar.

M-tipi cüceler daha küçüktür: Güneş'ten kat kat küçüktürler ve daha düşük parlaklığa sahiptirler. Bir M-tipi cüce yıldız, Güneş'imizden daha küçük olduğundan, belirli bir boyuttaki (mesela Dünya veya Neptün büyüklüğündeki) bir ötegezegen yıldızın önünden geçtiğinde, bu ötegezegen tarafından engellenen ışık miktarı normalde olacağa nazaran daha fazla olmaktadır ve bu, geçişi daha kolay tespit edilebilir hale getirir. Güneş büyüklüğünde bir yıldızın önünden geçen Dünya benzeri bir gezegen hayal edin. Dünya, Güneş önünden geçerken Güneş'ten saçılan ışığın çok ufak bir parçasını engelleyebilirdi. Ama Dünya, Güneş yerine çok daha küçük bir yıldızın önünden geçiyor olsaydı, engellenen ışığın oranı daha büyük olurdu. Bir bakıma, bu, yıldızın yüzeyinde daha büyük bir gölge oluşturarak, M-tipi cücelerinin etrafındaki ötegezegenleri daha kolay tespit edilebilir ve daha kolay incelenebilir hale getirir.

ArXiV

TESS'in araştırma stratejisi, gökyüzündeki ötegezegenlerin tespitini mümkün kılsa da, yörünge periyodundan kaynaklı önemli gözlemsel önyargılar da üretir. TESS'in ritim (kadens) verilerinde 2 dakikalık taramalar yapan Bilim İşleme Operasyonları Merkezi (İng: "Science Processing Operations Center" veya kısaca "SPOC") ver hattı ve aynı veride 30 dakikalık taramalar yapan Hızlı Bakış Boru Hattı (İng: "Quick Look Pipeline" veya kısaca "QLP") tarafından doğru periyot ile tespit edilebilmesi için, ötegezegenlerin, etrafında döndükleri yıldızın önünden TESS'in gözlem aralığı içinde en az iki kez geçmeleri gerekir. TESS'in toplam gökyüzü kapsamının %74'ü yalnızca 28 gün boyunca gözlemlendiğinden, TESS tarafından tespit edilen ötegezegenlerinin çoğunluğunun periyotları 14 günden azdır. TOI-1231 b'nin 24 gün olan periyodu, bu nedenle keşfini daha da değerli kılıyor.

Makalenin baş yazarı olan ve NASA JPL'de çalışan bilim insanı Jennifer Burt, UNM Fizik ve Astronomi Bölümü'nde yardımcı doçent olan Diana Dragomir de dahil olmak üzere meslektaşları ile birlikte gezegenin hem yarıçapını hem de kütlesini ölçtüler. Burt, şöyle diyor:

Dünyanın dört bir yanından bir grup mükemmel gökbilimciyle çalışarak, ev sahibi yıldızı karakterize etmek ve gezegenin hem yarıçapını hem de kütlesini ölçmek için gerekli verileri bir araya getirebildik. Bu değerler, sırasıyla gezegenin kütle yoğunluğunu hesaplamamıza ve gezegenin neyden yapıldığına dair hipotez kurmamıza izin verdi. TOI-1231 b, boyut ve yoğunluk olarak Neptün'e oldukça benzer, bu yüzden Neptün'e benzer şekilde, büyük ve gazla dolu bir atmosfere sahip olduğunu düşünüyoruz.

ArXiV

Dragomir ise şöyle diyor:

M-tipi cüce yıldızların yörüngesinde dönen ötegezegenlerin bir başka avantajı da, gezegen kütlesinin yıldız kütlesine oranı daha büyük olduğu için, kütlelerini daha kolay ölçebilmemizdir. Yıldız daha küçük ve daha az kütleli olduğunda, algılama yöntemlerinin daha iyi çalışmasını sağlar; çünkü gezegen, yıldızına nazaran daha belirgindir ve birdenbire ölçümde daha büyük bir rol oynamaya başlar. Tıpkı yıldızın üzerine düşen gölgede olduğu gibi... Yıldız ne kadar küçükse veya ne kadar az kütleliyse, gezegenin etkisi de o kadar fazla tespit edilebilir.

TOI-1231 b, yıldızına, Dünya'nın Güneş'e olan mesafesinden sekiz kat daha yakın olmasına rağmen, ev sahibi yıldızı daha soğuk ve daha az parlak olduğu için, sıcaklığı Dünya'nınkine benzerdir. Ancak gezegenin kendisi aslında Dünya'dan daha büyüktür, Neptün'dense biraz daha küçüktür. Bu yüzden ona Neptün-altı ötegezegen diyebiliriz.

Bu araştırmayı aslında MIT'nin Kavli Enstitüsü'nde araştırma görevlisiyken başlatan Burt ve Dragomir, mevcut olan ve gelecekte fırlatılacak uzay tabanlı misyonlardan hangilerinin TOI-1231 b'nin dış katmanlarını görebileceğini tespit etmek amacıyla, küçük gezegenlerin atmosferlerini gözlemleme ve karakterize etme konusunda uzmanlaşmış bilim insanlarıyla çalıştı. Bu önemli; nçünkü araştırmacılar gezegenin atmosferinde ne tür gazların bulunduğunu ancak bu şekilde anlayabilecekler. 330 Kelvin (57 santigrat derece) civarında bir sıcaklığa sahip olan TOI-1231 b, şimdiye kadar keşfedilen ve atmosferik çalışmalar için elverişli olan ötegezegenler arasında en soğuk ve en küçük olanlarından biri.

ArXiV

Geçmiş araştırmalar, bu soğuk gezegenlerin atmosferlerinin en üst katmanlarında bulutlar olduğunu ve bu nedenle onları ne tür gazların çevrelediğini belirlemenin zor olduğunu öne sürüyordu. Ancak K2-18 b adlı başka bir küçük ve soğuk ötegezegene yönelik yeni gözlemler, bu varsayımı değiştirdi. Araştırmacılar, bu diğer ötegezegenin atmosferinde su olduğunu gösteren kanıtlar keşfettiler. Bu keşif, birçok astronomu şaşırttı. Burt, şöyle diyor:

TOI-1231 b, bu tür bir boyut ve sıcaklık aralığında olduğunu bildiğimiz birkaç gezegenden biridir. Bu nedenle bu yeni gezegenin gelecekteki gözlemleri, su bulutlarının bu ötegezegenlerde ne kadar yaygın (veya nadir) oluştuğunu belirlememize izin verecektir.

Ayrıca ev sahibi yıldız yüksek bir Yakın Kızılötesi (NIR) parlaklığa sahip olduğu için, bu sistem, Hubble Uzay Teleskobu ve James Webb Uzay Teleskobu (JWST) tarafından gelecekte yapılacak görevler için de heyecan verici bir hedef haline gelmektedir. Makalenin ortak yazarlarından biri tarafından yönetilen bu gözlemlerin ilk parçası, bu ay içinde Hubble Uzay Teleskobu kullanılarak yapılacak. Dragomir, şöyle diyor:

TOI-1231 b'nin düşük yoğunluğu, kayalık bir gezegen değil de ciddi miktarda atmosferle çevrili olduğunu gösteriyor. Ancak bu atmosferin bileşimi ve kapsamı bilinmiyor! TOI-1231 b, büyük bir hidrojen veya hidrojen-helyum atmosferine veya daha yoğun bir su buharı atmosferine sahip olabilir. Bunların her biri, farklı bir kökene işaret edecek ve gökbilimcilerin M-tipi cücelerinin etrafındaki gezegenlerin, örneğin Güneş'imiz etrafındaki gezegenlerle karşılaştırıldığında, farklı şekilde oluşup oluşmadığını ve nasıl oluştuğunu anlamalarını sağlayacaktır. Hubble ile yapacağımız gözlemler, bu soruları yanıtlamaya başlayacak ve James Webb Uzay Teleskobu, daha şimdiden bu ötegezegenin atmosferine yönelik daha da kapsamlı bir bakış vaat ediyor.

ArXiV

Gezegenin atmosferini incelemenin bir başka yolu, ev sahibi yıldızının önünden geçerken, gezegeni çevreleyen hidrojen ve helyum gibi atomların kanıtlarını arayarak, gazın atmosferden kaçarak gezegeni terk edip etmediğini araştırmaktır. Genel bir kural olarak, hidrojen atomlarını tespit etmek neredeyse imkansızdır; çünkü varlıkları, yıldızlararası gaz tarafından maskelenir. Ancak bu gezegen-yıldız sisteminin Dünya'dan uzaklaşma hızı, bu yöntemi uygulamak için eşsiz bir fırsat sunuyor. Burt, şöyle izah ediyor:

Son yirmi yılda yapılan ötegezegen biliminin en ilgi çekici sonuçlarından biri, şimdiye kadar keşfettiğimiz yeni gezegen sistemlerinin hiçbirinin kendi Güneş Sistemi'mize benzememesidir. Diğer sistemler, Merkür'ünkinden çok daha kısa yörüngelerde, Dünya ile Neptün arasında büyüklüğe sahip gezegenlerle dolular, bu yüzden onları karşılaştırabileceğimiz herhangi bir yerel örnek yok. Keşfettiğimiz bu yeni gezegen, hala bizim aşina olduğumuz gezegenlere göre tuhaf - ama yine de komşu gezegenlerimize biraz daha benzer. Şimdiye kadar tespit edilen ve genellikle yüzlerce veya binlerce derecelik kavurucu sıcaklıklara sahip olan çoğu "geçiş yapan gezegen" ile karşılaştırıldığında, TOI-1231 b çok ama çok daha soğuk.

Dragomir ise sözlerini şöyle tamamlıyor:

Bu gezegen, önümüzdeki yıllarda çok çeşitli teleskoplar kullanılarak her fırsatta incelenecek olan, civarımızda bulunan iki veya üç diğer küçük ötegezegenin saflarına katılıyor. Bu nedenle TOI-1231 b'den gelecek yeni gelişmeler için hazırlıklı olun!