Dünya kütlesinin 73 katı kütleye sahip, gaz olmayan bir dev, kaşiflerini şaşırtıyor – Ars Technica

Bilim insanları, ötegezegenlerin var olduğunu bilmediğimiz zamandan beri gezegen oluşum modelleri üzerinde çalışıyorlar. Bu modeller başlangıçta güneş sistemimizdeki gezegenlerin özelliklerine göre yönlendirildi ve süper Dünyalar ve sıcak Neptünler gibi güneş sistemimizde eşdeğeri olmayan dış gezegenleri hesaba katmada oldukça başarılı oldukları ortaya çıktı. Buna gezegenlerin yerçekimsel etkileşimler sayesinde hareket etme yeteneği de eklendiğinde dış gezegenlerin özellikleri genellikle hesaba katılabilir.

Bugün, büyük bir uluslararası araştırmacı ekibi, modellerimizin açıklayamadığı bir şeyin keşfini duyuruyor. Yaklaşık Neptün büyüklüğünde ama dört katı daha büyük. Yoğunluğu (demirden çok daha yüksek), tüm gezegenin neredeyse tamamen katı olması veya tüm gezegenleri batırmaya yetecek kadar derin bir okyanusa sahip olmasıyla tutarlıdır. Bunu keşfeden insanlar oluşumu için iki teori öne sürse de, her ikisinin de pek olası olmadığı belirtiliyor.

Garip yabancı

Yeni gezegenin incelenmesi çoğu kişinin şimdi yaptığı gibi başladı: Geçiş Yapan Ötegezegen Araştırma Uydusu (TESS İlgi Nesnesi anlamına gelen TOI) tarafından bir ilgi nesnesi olarak tanımlandı. TOI-1853, Güneşimizden biraz daha küçük, kütlesinin yaklaşık 0,8 katı olan bir yıldızdır. Yıldıza yakın, şimdi TOI-1853 b olarak adlandırılan bir gezegenin varlığına dair açık işaretler vardı. Gezegen, ev sahibi yıldızına yakın bir yörüngede dönüyor ve tam bir yörüngeyi 1,24 günde tamamlıyor.

Araştırmacılar bu zamanı gezegenin dönme mesafesini belirlemek için kullandılar. Bu mesafe, yıldızın boyutu ve gezegen tarafından engellenen ışık miktarının birleşimine dayanarak gezegenin boyutunu tahmin etmek mümkündür. Bunun Dünya’nın yarıçapının yaklaşık 3,5 katı olduğu ortaya çıkıyor, bu da onun Neptün’den biraz daha küçük olduğu anlamına geliyor.

Bu kendi başına alışılmadık bir durum değil. Neptün büyüklüğünde birçok gezegen keşfedildi. Ancak büyüklük ve yıldıza yakınlığın birleşimi beklenmedik bir durumdur. Onu, yıldızın yoğun radyasyonunun gezegenin atmosferinden yayıldığı “Neptün’ün sıcak çölü” olarak adlandırılan yere yerleştiriyor. Sıcak çöl durumuna ulaşan Neptünler, kayalık çekirdeklerinden sıyrılarak onları bir süper Dünya haline getiriyor.

Peki TOI-1853 b’nin çölde ne işi vardı? Bunu öğrenmek için araştırmacılar, TOI-1853 b’nin yörüngesinde hareket ettikçe yerçekimi kuvveti değiştikçe ev sahibi yıldızın hareketini takip etmek için yer tabanlı gözlemevleri kullandılar. Bu sürükleme nedeniyle yıldızın hareketinin hızlanması, gezegenin kütlesini tahmin etmek için kullanılabilir.

TOI-1853 b’nin sahip olduğu ortaya çıktı çok fazla Kitleden. Kütlesinin Dünya’nın kütlesinin 73 katı veya Neptün’ün kütlesinin dört katından fazla olduğu tahmin edilmektedir. Açıkçası bu, bileşiminin Neptün’ünkinden tamamen farklı olması gerektiği anlamına geliyor.

İçi ve dışı çıtır mı?

Keşifte yer alan araştırmacılar, metnin büyük bir kısmını TOI-1853 b’nin ne kadar tuhaf olduğunu açıklamaya ayırdılar. Benzer yoğunluklara sahip, ancak genellikle çok daha küçük gezegenler vardır; bunlar, Neptün benzeri bir gezegenin atmosferinden çıkarılmasıyla oluşan süper Dünyalardır. Benzer kütlelere sahip, ancak yaklaşık iki kat daha büyük olan ve geniş atmosfere ve/veya okyanuslara sahip olması muhtemel gezegenler var. “Yörünge kümesinin bir bölgesini kaplıyor [distance] Araştırmacılar, “daha önce nesnelerden yoksun olan sıcak gezegenlerin alanının, Neptün’ün sıcak çölünün daha kuru bölgesine karşılık geldiği” sonucuna vardı.

Tuhaflıklar bununla bitmiyor. Buradaki yoğunluk göz önüne alındığında anlamlı olan iki kombinasyon var. Birincisi, gezegenin neredeyse tamamen Dünya gibi kayalık malzemeden oluşması ve kütlesinin en fazla yüzde birini oluşturan çok ince bir atmosfere sahip olması. Bunun alternatifi ise kütlenin kayalık çekirdek ile devasa bir su tabakası arasında eşit şekilde dağılmış olmasıdır.

Elbette bu bildiğimiz su olmayacak. Ev sahibi yıldıza olan yakınlığı ve bu büyük okyanustan gelen muazzam basınç göz önüne alındığında, bu suyun en azından bir kısmı süperkritik durumda olacaktır ve kayalık çekirdeğe yakın basınç, suyu yüksek basınçlı katılar oluşturmaya zorlayacaktır. Kalbin içinde de işler bir o kadar tuhaf olacak. Araştırmacıların belirttiği gibi, “bu kadar yüksek merkezi basınçtaki malzemenin özellikleri belirsizliğini koruyor.”

Sadece bugününü anlamakta zorluk çekmiyoruz, konu geçmişe gelince de kayboluyoruz. Daha küçük bir gezegen bile diski bozabileceğinden, TOI-1853 b mevcut kütlesine ulaşmadan önce küçük toz parçacıklarının gezegeni oluşturan diskte birikmesi duracaktır. Katıların burada yoğunlaşması zor olduğundan, mevcut konumunda oluşmuş olması pek olası değildir.

İki ihtimal, pek olası değil

Araştırmacılar iki olasılık öne sürüyor. Birincisi, daha uzakta bir grup gezegenimsi oluşmuş ve disk yavaş yavaş buharlaştıkça yörüngeleri istikrarsızlaşmıştır. Bu, birden fazla gezegeni parçalayan ve daha sonra enkazlarının tek bir cisim oluşturduğunu gören çarpışmalara yol açabilirdi. Ancak bu süreçler tekil nesneler oluşturma eğiliminde değil ve Dünya’nın eşdeğer malzemesinin %73’ünü taşımak için çok sayıda gezegene ihtiyaç duyulacak.

Bunun alternatifi ise, çok daha uzakta birçok gaz devinin oluşması ve daha sonra birbirlerinin yörüngelerini istikrarsızlaştırarak, yörüngenin bir kısmının ev sahibi yıldıza son derece yakın olacak şekilde oldukça eksantrik kalmasıdır. Bu, Jüpiter benzeri bir gezegenin kütlesini neredeyse iki katına çıkarabilecek bir süreç olan, gezegeni oluşturan diskin iç kısımlarından malzeme toplamasına olanak tanıyacaktır. Maksimum yörüngesi aynı zamanda atmosferini yıldıza aktarmasına da olanak tanıyacak. Bu süreçler tamamlandıktan sonra gezegen ile yıldız arasındaki gelgit etkileşimleri sonunda yörüngesini daha düzenli hale getirecek.

Bu olası oluşum mekanizmalarının hiçbirinde fiziksel olarak imkansız olan hiçbir şey yoktur, ancak her ikisi de bir dizi beklenmedik olay gerektirir. Evren büyük ve bu olayların bir yerlerde meydana gelmesi muhtemel, ancak bunların sonuçlarını bu kadar çabuk bulacağımızı beklemek mantıksız görünüyor.

TOI-1853 b’nin kökenini anlamamıza yardımcı olabilecek şeylerden biri, sistemdeki diğer gezegenlerin varlığıdır ve bu, bu dış sistemin iç kısımlarında neler olduğunu anlamamıza yardımcı olabilir. TOI-1853 b o kadar büyük ve o kadar yakın ki çok büyük bir sinyal yayıyor ve bu sistemdeki diğer gezegenleri tespit etmekte zorluk yaşardık. Araştırmacılar, 10 kadar büyük kütleli bir şeyin de yıldızın yakınında yörüngede olabileceğini tahmin ediyor ve biz bunu kaçırmış olurduk. Sürekli geri bildirim sistemi anlamanın anahtarı olabilir.

Doğa, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (Dijital kimlikler hakkında).