Y­e­n­i­ ­m­o­d­e­l­ ­h­e­s­a­p­l­a­m­a­l­a­r­ı­ ­y­ı­l­d­ı­z­ı­n­ ­p­a­r­l­a­k­l­ı­ğ­ı­n­ı­n­ ­v­e­ ­m­a­n­y­e­t­i­k­ ­a­k­t­i­v­i­t­e­s­i­n­i­n­ ­e­t­k­i­s­i­n­i­ ­g­ö­s­t­e­r­i­y­o­r­

Dünya’dan 700 ışıkyılı uzaklıktaki Başak takımyıldızında, WASP-39b gezegeni WASP-39 yıldızının yörüngesinde dönüyor. Bir yörüngesini tamamlaması dört günden biraz fazla süren gaz devi, üzerinde en çok çalışılan ötegezegenlerden biri. NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, Temmuz 2022’de hizmete alınmasından kısa bir süre sonra yüksek hassasiyetli bakışını uzak gezegene çevirdi.

Veriler, WASP-39b’nin atmosferinde büyük miktarlarda su buharı, metan ve hatta ilk kez karbondioksit bulunduğunun kanıtlarını ortaya çıkardı. Küçük bir sansasyon ama hala merhemde bir sinek var: Araştırmacılar henüz model hesaplamalarında gözlemlerin tüm önemli ayrıntılarını yeniden üretmeyi başaramadı. Bu, verilerin daha da hassas bir şekilde analiz edilmesinin önünde duruyor.

MPS liderliğindeki yeni çalışmada, aralarında Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (ABD), Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (ABD), Keele Üniversitesi (Birleşik Krallık) ve Heidelberg Üniversitesi’nden (Almanya) araştırmacıların da bulunduğu yazarlar, şunları gösteriyor: bu engeli aşmanın bir yolu.

Birinci yazar MPS bilim insanı Dr. Nadiia Kostogryz şöyle açıklıyor: “WASP-39b’den gelen veriler yorumlanırken ortaya çıkan sorunlar, Kepler, TESS, James Webb veya gelecekteki PLATO uzay aracıyla gözlemlenmesine bakılmaksızın diğer birçok ötegezegen tarafından iyi bilinmektedir.” yeni çalışmanın. “Dış gezegenlerin yörüngesindeki diğer yıldızlarda olduğu gibi, WASP-39’un gözlemlenen ışık eğrisi önceki modellerin açıklayabileceğinden daha düz.”

Araştırmacılar ışık eğrisini bir yıldızın parlaklığının daha uzun bir süre boyunca ölçülmesi olarak tanımlıyor. Örneğin bir yıldızın parlaklığı sürekli olarak dalgalanır çünkü parlaklığı doğal dalgalanmalara tabidir. Ötegezegenler ayrıca ışık eğrisinde de izler bırakabilir. Bir dış gezegen, bir gözlemcinin gördüğü şekilde yıldızının önünden geçerse, yıldız ışığını azaltır.

Bu, ışık eğrisinde parlaklıkta düzenli olarak tekrarlanan bir düşüş olarak yansıtılır. Bu tür eğrilerin hassas değerlendirmeleri gezegenin büyüklüğü ve yörünge periyodu hakkında bilgi sağlar. Araştırmacılar ayrıca yıldızdan gelen ışığın farklı dalga boylarına veya renklerine bölünmesi durumunda gezegenin atmosferinin bileşimi hakkında da bilgi edinebilirler.

Bir yıldızın parlaklık dağılımına yakından bakış

Bir yıldızın kenarı, yani yıldız diskinin kenarı, ışık eğrisinin yorumlanmasında belirleyici bir rol oynar. Tıpkı güneşte olduğu gibi, gözlemciye uzuv iç bölgeye göre daha koyu görünür. Ancak yıldız aslında daha uzakta daha az parlak bir şekilde parlamıyor. Ortak yazar ve MPS Direktörü Prof. Dr. Laurent Gizon şöyle açıklıyor: “Yıldız bir küre olduğundan ve yüzeyi kavisli olduğundan, kenardaki daha yüksek ve dolayısıyla daha soğuk katmanlara bakıyoruz.” “Dolayısıyla bu alan bize daha karanlık görünüyor” diye ekliyor.

Uzuv kararmasının, ışık eğrisindeki ötegezegen sinyalinin tam şeklini etkilediği biliniyor: Karartma, bir yıldızın parlaklığının gezegen geçişi sırasında ne kadar dik bir şekilde düşüp sonra tekrar yükseleceğini belirler. Ancak yıldız atmosferinin geleneksel modellerini kullanarak gözlemsel verileri doğru bir şekilde yeniden üretmek mümkün olmadı. Parlaklıktaki azalma her zaman model hesaplamalarının önerdiğinden daha az ani oldu.

Mevcut çalışmanın ortak yazarı MPS Direktörü Prof. Dr. Sami Solanki, “Ötegezegenlerin sinyalini tam olarak anlamak için yapbozun çok önemli bir parçasını kaçırdığımız açıktı” diyor.

Manyetik alan yapbozun eksik parçası

Bugün yayınlanan hesaplamaların gösterdiği gibi bulmacanın eksik parçası yıldızların manyetik alanıdır. Güneş gibi birçok yıldız da muazzam sıcak plazma akışları yoluyla içlerinin derinliklerinde bir manyetik alan üretir. Araştırmacılar ilk kez manyetik alanı uzuv kararması modellerine dahil edebildiler.

Manyetik alanın gücünün önemli bir etkiye sahip olduğunu gösterebilirler: Uzuv kararması zayıf manyetik alana sahip yıldızlarda belirginken, güçlü manyetik alana sahip yıldızlarda daha zayıftır.

Araştırmacılar ayrıca yıldızın manyetik alanının hesaplamalara dahil edilmesi durumunda gözlem verileri ile model hesaplamaları arasındaki tutarsızlığın ortadan kalktığını da kanıtlayabildiler. Bu amaçla ekip, 2009’dan 2018’e kadar binlerce yıldızın ışığını yakalayan NASA’nın Kepler Uzay Teleskobu’ndan seçilmiş verilere yöneldi.

İlk adımda, bilim adamları tipik Kepler yıldızlarının atmosferini manyetik alanın varlığında modellediler. İkinci adımda, bu hesaplamalardan “yapay” gözlemsel veriler ürettiler. Gerçek verilerle yapılan karşılaştırmada, manyetik alanın dahil edilmesiyle Kepler verilerinin başarıyla çoğaltıldığı görüldü.

Ekip ayrıca James Webb Uzay Teleskobu’ndan elde edilen verileri de değerlendirdi. Teleskop uzak yıldızların ışığını çeşitli dalga boylarına bölebilir ve böylece keşfedilen gezegenlerin atmosferindeki belirli moleküllerin karakteristik işaretlerini arayabilir.

Anlaşıldığı üzere, ana yıldızın manyetik alanı, yıldız kanadının farklı dalga boylarında farklı şekilde kararmasını etkiliyor ve bu nedenle, daha kesin sonuçlar elde etmek için gelecekteki değerlendirmelerde dikkate alınması gerekiyor.

Teleskoplardan modellere

“Geçtiğimiz onyıllar ve yıllarda, ötegezegen araştırmalarında ilerlemenin yolu, yeni dünyaları aramak ve karakterize etmek için tasarlanmış uzay teleskopları olan donanımı geliştirmekti. James Webb Uzay Teleskobu bu gelişmeyi yeni sınırlara itti” diyor Dr. Alexander Shapiro, mevcut çalışmanın ortak yazarı ve MPS’deki bir araştırma grubunun başkanı. “Şimdi bir sonraki adım, bu mükemmel verileri yorumlayacak modelleri geliştirmek ve hassaslaştırmaktır” diye ekliyor.

Bu gelişmeyi daha da ilerletmek için araştırmacılar artık analizlerini güneşten açıkça farklı olan yıldızları da kapsayacak şekilde genişletmek istiyorlar. Buna ek olarak, bulguları, yıldızların manyetik alanının gücünü anlamak için ötegezegenlere sahip yıldızların ışık eğrilerini kullanma olasılığını sunuyor; aksi takdirde ölçülmesi genellikle zordur.

Araştırma yayınlanan dergide Doğa Astronomi.