Güneş sistemimizin sınırlarının ötesinde bulunan yıldızların yörüngesinde dönen gezegenler olan dış gezegenlerin araştırılması astrofizikte sıcak bir konudur. Çeşitli ötegezegen türlerinden biri gerçek anlamda sıcaktır: sıcak Jüpiterler, gaz devi gezegene fiziksel olarak benzeyen bir ötegezegen sınıfı. Jüpiter kendi mahallemizden.
“Bizim” Jüpiter’in aksine, sıcak Jüpiterler yıldızlarına çok yakın yörüngede dönerler, tam bir yörüngeyi yalnızca birkaç gün, hatta saatte tamamlarlar ve adından da anlaşılacağı gibi son derece yüksek yüzey sıcaklıklarına sahiptirler. Astrofizik camiasında büyük ilgi görüyorlar. Ancak yakındaki yıldızın parıltısı onları tespit etmeyi zorlaştırdığı için onları incelemek zordur.
Şimdi, yakın zamanda dergide yayınlanan bir çalışmada Doğa AstronomiBilim adamları, yaklaşık 1.400 ışıkyılı uzaklıkta bulunan iki gök cisminden oluşan bir sistemin keşfini bildirdiler; bu sistem, birlikte sıcak Jüpiter atmosferlerini incelemek ve gezegen ve yıldız evrimi anlayışımızı geliştirmek için mükemmel bir fırsat sunuyor. Türünün şimdiye kadar sıcaklık açısından bilinen en uç noktası olan bu ikili sistemin keşfi, Avrupa Güney Gözlemevi tarafından toplanan spektroskopik verilerin analizi yoluyla yapıldı. Çok Büyük Teleskop Şili’de.
Araştırmanın başyazarı Dr. Na’ama Hallakoun, “Yıldızın etrafında dönen, şimdiye kadar bulunan en sıcak Jüpiter benzeri, Güneş’in yüzeyinden yaklaşık 2000 derece daha sıcak bir nesne belirledik” diyor. Weizmann Bilim Enstitüsü Parçacık Fiziği ve Astrofizik Bölümü’nden Dr. Sagi Ben-Ami’nin ekibiyle birlikte. Parıltı ile gizlenen sıcak Jüpiter gezegenlerinden farklı olarak, bu nesneyi görmenin ve incelemenin mümkün olduğunu, çünkü yörüngesinde döndüğü ev sahibi yıldızla karşılaştırıldığında çok büyük olduğunu ve normal bir yıldızdan 10.000 kat daha sönük olduğunu ekliyor. “Bu, onu sıcak Jüpiter’in aşırı koşullarına ilişkin gelecekteki çalışmalar için mükemmel bir laboratuvar haline getiriyor” diyor.
Doktora derecesi Prof. Dan Maoz ile 2017 yılında gerçekleştirdiği araştırmanın bir uzantısı. Tel Aviv Üniversitesi’nde danışman olan Hallakoun’un yeni keşfi, sıcak Jüpiterlerin yanı sıra ikili sistemlerdeki yıldızların evrimi hakkında daha net bir anlayış kazanmayı mümkün kılabilir.
Hallakoun ve meslektaşlarının keşfettiği ikili sistem, her ikisi de “cüce” olarak adlandırılan ancak doğaları çok farklı olan iki gök nesnesini içeriyor. Biri “Beyaz cüceGüneş benzeri bir yıldızın nükleer yakıtı bittikten sonra geriye kalan kısmı. Çiftin diğer kısmı, bir gezegen ya da yıldız değil, Jüpiter gibi bir gaz devi ile küçük bir yıldızınki arasında bir kütleye sahip olan bir nesne sınıfının üyesi olan “kahverengi cüce”dir.
Kahverengi cücelere bazen başarısız yıldızlar da denir çünkü hidrojen füzyon reaksiyonlarını çalıştıracak kadar büyük değillerdir. Bununla birlikte, gaz devi gezegenlerin aksine kahverengi cüceler, yıldız ortaklarının “çekimine” dayanabilecek kadar büyüktürler.
Hallakoun, “Yıldızların yerçekimi, çok yaklaşan nesnelerin parçalanmasına neden olabilir, ancak bu kahverengi cüce yoğundur ve Jüpiter’in kütlesinin 80 katı Jüpiter boyutuna sıkıştırılmıştır” diyor. “Bu, onun bozulmadan hayatta kalmasına ve istikrarlı, ikili bir sistem oluşturmasına olanak tanıyor.”
Bir gezegen yıldızına çok yakın bir yörüngede döndüğünde, gezegenin yakın ve uzak taraflarına etki eden diferansiyel yerçekimi kuvvetleri, gezegenin yörünge ve dönüş periyotlarının senkronize olmasına neden olabilir. “Gelgit kilitlenmesi” adı verilen bu olay, Dünya’nın Ay’ının her zaman Dünya’ya dönük olmasına benzer şekilde gezegenin bir tarafını kalıcı olarak yıldıza bakan bir konumda kilitlerken, “karanlık taraf” olarak adlandırılan tarafın görüş alanı dışında kalması gibi. Gelgit kilitlenmesi, doğrudan yıldız radyasyonu tarafından bombardımana tutulan “gündüz tarafı” yarım küre ile çok daha az miktarda radyasyon alan, dışarıya bakan diğer “gece tarafı” yarım küre arasında aşırı sıcaklık farklılıklarına yol açar.
Yıldızlarından gelen yoğun radyasyon, sıcak Jüpiterlerin aşırı yüksek yüzey sıcaklıklarına neden oluyor ve Hallakoun ve meslektaşlarının beyaz cüce-kahverengi cüce sistemi eşleştirilmişleri hakkında yaptıkları hesaplamalar, nesnelerin ne kadar ısınabileceğini gösteriyor. Sistemin yaydığı ışığın parlaklığını analiz ederek, yörüngedeki kahverengi cücenin her iki yarım küredeki yüzey sıcaklığını belirlemeyi başardılar. Gün tarafının 7.250 ila 9.800 Kelvin (yaklaşık 7.000 ila 9.500 Kelvin) arasında bir sıcaklığa sahip olduğunu keşfettiler. santigrat), A tipi bir yıldız kadar sıcaktır (Güneş’ten iki kat daha büyük olabilen Güneş benzeri yıldızlar) ve bilinen herhangi bir dev gezegenden daha sıcaktır. Gece tarafının sıcaklığı ise 1.300 ila 3.000 Kelvin (yaklaşık 1.000 ila 2.700 Santigrat) arasındadır ve bu, iki yarım küre arasında yaklaşık 6.000 derecelik aşırı bir sıcaklık farkına neden olur.
Hallakoun, kendisinin ve meslektaşlarının keşfettiği sistemin, aşırı ultraviyole radyasyonun gezegen atmosferleri üzerindeki etkisini incelemek için bir fırsat sunduğunu söylüyor. Bu tür radyasyon, yıldız oluşturan bölgelerden, yıldızların etrafında gezegenlerin oluştuğu ilkel gaz disklerine ve gezegenlerin atmosferlerine kadar çeşitli astrofiziksel ortamlarda önemli bir rol oynar. Gaz buharlaşmasına ve moleküllerin parçalanmasına yol açabilen bu yoğun radyasyon, hem yıldızların hem de gezegenlerin evrimi üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Ama hepsi bu değil.
Hallakoun, “Bu sistemde beyaz cücenin oluşumundan bu yana yalnızca bir milyon yıl geçti (astronomik ölçekte çok küçük bir süre), bu tür kompakt ikili sistemin ilk günlerine dair nadir bir fikir edindik” diyor. Tek yıldızların evrimi oldukça iyi bilinmesine rağmen, etkileşimli ikili sistemlerin evriminin hala yeterince anlaşılmadığını ekliyor.
Hallakoun, “Sıcak Jüpiterler yaşanabilir gezegenlerin antitezidir; bunlar yaşam için dramatik biçimde yaşanmaz yerlerdir” diyor. “Bu sıcak Jüpiter benzeri sistemin gelecekteki yüksek çözünürlüklü spektroskopik gözlemleri – ideal olarak NASAyeni James Webb Uzay Teleskobu Sıcak, yüksek derecede ışınlanmış koşulların atmosferik yapıyı nasıl etkilediğini ortaya çıkarabilir, bu da evrenin başka yerlerindeki ötegezegenleri anlamamıza yardımcı olabilir.”
Referans: Na’ama Hallakoun, Dan Maoz, Alina G. Istrate, Carles Badenes, Elmé Breedt, Boris T. Gänsicke, Saurabh W. Jha, Bruno Leibundgut, Filippo Mannucci, Thomas tarafından yazılan “Güneşten daha sıcak bir ışınlanmış Jüpiter analogu” R. Marsh, Gijs Nelemans, Ferdinando Patat ve Alberto Rebassa-Mansergas, 14 Ağustos 2023, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-023-02048-z
Çalışmaya katılanlar arasında Tel Aviv Üniversitesi’nden Prof. Dan Maoz; Hollanda Radboud Üniversitesi’nden Dr. Alina G. Istrate ve Prof. Gijs Nelemans; Pittsburgh Üniversitesi’nden Prof. Carles Badenes; Cambridge Üniversitesi’nden Dr. Elmé Breedt; Prof. Boris T. Gänsicke ve merhum Prof. Thomas R. Marsh Warwick Üniversitesi; Rutgers Üniversitesi’nden Prof. Saurabh W. Jha; Avrupa Güney Gözlemevi’nden Prof. Bruno Leibundgut ve Dr. Ferdinando Patat; İtalyan Ulusal Astrofizik Enstitüsü’nden (INAF) Dr. Filippo Mannucci; ve Katalonya Politeknik Üniversitesi’nden Prof. Alberto Rebassa-Mansergas.
Dr. Sagi Ben-Ami’nin araştırması Peter ve Patricia Gruber Ödülü tarafından desteklenmektedir; Azrieli Vakfı; André Deloro Uzay ve Optikte İleri Araştırma Enstitüsü; ve Weizmann Bilim Enstitüsü’ne bağlı Willner Aile Liderliği Enstitüsü.
Dr. Ben-Ami, Aryeh ve Ido Dissentshik Kariyer Geliştirme Başkanı’nın görevlisidir.