LHS 3844b, Dünya'dan biraz daha büyük, Güneş Sistemi'mizden 48,5 ışık yılı uzaklıktaki kırmızı cüce yıldız LHS 3884'ün yörüngesinde dönen bir ötegezegen. Dünya'nın aksine gelgit kilitlenmesi yaşıyor; yani kendi ekseni etrafında bir tam dönüşünü, yıldızının etrafında bir tam tur atmasıyla aynı sürede tamamlıyor. Bunun sonucunda bir yarım küre sürekli, yakıcı bir gündüz yaşarken diğer yarım küre mutlak sıfıra (sıfır Kelvin) yaklaşan soğuklukta kalıcı bir karanlığa gömülüyor.
İlk bakışta böylesine aşırı bir ortam tamamen yaşanmaz görünüyor. Gündüz sıcaklıkları kabaca 1.000 ila 2.000 Kelvin'e ulaşabilirken gece tarafı o kadar soğuk ki parçacık hareketi neredeyse duruyor. Ancak yeni araştırmalar, bu dünyaların göründükleri kadar yaşama düşman olmayabileceğini gösteriyor.
Pennsylvania Üniversitesi'ndeki Hugo Ulloa'nın Penn GEFLOW Laboratuvarı'nda doktora sonrası araştırmacı olan Daisuke Noto, "Gündüz ve gece taraflarındaki aşırı sıcaklıklara bakıldığında – gündüz tarafında 1.000-2.000 Kelvin, gece tarafında mutlak sıfır – bu ötegezegenlerin yaşam için fazla sert olduğu sonucuna varılabilir. Ancak," diyor, "yaşam bir yolunu bulabilir."
Nature Communications'da yayımlanan bir çalışmada Noto ve Japonya Deniz-Yer Bilimi ve Teknolojisi Ajansı ile Hokkaido Üniversitesi'nden iş birliği yaptığı araştırmacılar, "bu tür ötegezegenlerin, 'gelgit kilitlenmesinin' ısı akışını yanal olarak dağıtarak yerel olarak ılımlı termal ortamların korunmasına katkıda bulunması nedeniyle yaşamı sürdürmeye daha toleranslı olabileceğini" buldu.
Gelgit Kilitlenmesi Yaşayan Ötegezegenler Neden Bu Kadar Yaygın?
Bulgular, her zaman yıldızlarına aynı yüzünü gösteren gezegenlerle ilgili yaygın bir varsayımı sorguluyor. Noto'ya göre, kalıcı gündüz ve geceye sahip dünyalar aslında Dünya gibi düzenli bir gündüz-gece döngüsü yaşayan gezegenlerden çok daha yaygın.
Noto, "Ay ve gezegenler gibi birçok gök cismi, ana yıldızlarına çok yakınsa gelgit kilitlenmesi dediğimiz durumu yaşar," diye açıklıyor. "Yani, kendi eksenleri etrafında dönerken ana yıldızlarının etrafında da dönerler ve bu hızlar/frekanslar eşleşir; bu da Ay'ımızın sadece bir yüzünü görmemiz gibi olaylara yol açar."
Bu sabit yönelim, gezegen genelinde dramatik bir sıcaklık farkı yaratıyor. Araştırmacılar yalnızca yüzey koşullarına odaklanmak yerine, gezegenin derinliklerinde, özellikle kabuk ile çekirdek arasındaki kalın kayalık katman olan mantoda neler olduğunu anlamak istedi.
Laboratuvarda Bir Uzaylı Gezegeni Yeniden Yaratmak
Ekip, yalnızca bilgisayar simülasyonlarına güvenmek yerine, gelgit kilitlenmesi yaşayan bir gezegenin içini taklit eden fiziksel bir laboratuvar modeli inşa etti.
Noto esprili bir dille, "Laboratuvarda gerçek bir ötegezegen inşa etmek bütçeye uygun değildi," diyor.
Bunun yerine araştırmacılar, viskoz gliserin ve sıcaklık değiştikçe renk değiştiren minik termokromik sıvı kristallerle dolu masaüstü dikdörtgen bir tank kullandı. Benzer deneysel sistemler, ısının yavaş hareket eden malzemeler içinde nasıl hareket ettiğini incelemek için uzun süredir kullanılıyor ve bu da onları gezegenlerin kayalık iç kısımları için kullanışlı bir vekil haline getiriyor.
Dünya'nın dönüşü ve yerçekiminden güçlü bir şekilde etkilenen hava ve okyanus akıntılarının aksine, kayalık bir manto içindeki konveksiyon esas olarak sıcaklık ve yoğunluk farklılıkları tarafından yönlendiriliyor. Bu koşulları yeniden üretmek için ekip, tankın etrafına dört termostat yerleştirerek farklı bölgeleri ısıtıp soğuttu ve böylece kalıcı olarak aydınlatılan taraf, kalıcı olarak karanlık taraf, yüzey ve gelgit kilitlenmesi yaşayan bir ötegezegenin derin iç kısmı arasında beklenenlere benzer sıcaklık gradyanları oluşturdu.
Bir Gezegensel Isı Motoru
Deneyler dikkat çekici derecede istikrarlı bir desen ortaya çıkardı. Sıcak malzeme sürekli olarak gündüz tarafının altında yükseldi, üst bölgeden akarak gece tarafına ulaştığında soğudu, sonra battı ve alt mantodan geri döndü. Sonuç, istikrarlı bir gezegensel kalp atışı gibi davranan sürekli bir sirkülasyon döngüsüydü.
Noto, "Dünya'nın mantosu gibi kaotik değil," diyor. "Yavaş ve istikrarlı. Tahmin edilebilir. Biraz sıkıcı – ama iyi anlamda."
Araştırmacılar ayrıca tankın ısıtılan tabanından yükselen ara sıra mantar şeklinde tüyler de gözlemledi. Hawaii veya İzlanda'nın altındakiler gibi Dünya'daki volkanik sıcak noktaların aksine, bu tüyler zamanla sürüklenmek yerine tek bir yerde sabit kaldı.
Nusselt sayıları olarak bilinen ısı taşınımı ölçümleri, Dünya'nın mantosu için görülenlerle karşılaştırılabilir düzeydeydi. Bu bulgu, bazı gelgit kilitlenmesi yaşayan ötegezegenlerin, özellikle daha ılıman orta enlemlerde, yaşam için elverişli koşullar sağlayan yerelleşmiş jeotermal ortamları sürdürebileceğini gösteriyor.
Bunun Uzaylı Yaşamı İçin Anlamı Ne Olabilir?
İstikrarlı sirkülasyon deseni yalnızca yüzey sıcaklıklarını etkilemekle kalmayabilir. Noto, bunun aynı zamanda bir gezegenin sıvı çekirdeğinin hareketini de etkileyebileceğine ve potansiyel olarak Dünya'nın tanıdık dipol alanından farklı manyetik alanlar üretebileceğine inanıyor.
Noto, "Bu, bu deneyde test edemediğimiz bir şey," diyor, "ancak gelecekteki çalışmalar için heyecan verici bir yön."
Diğer Dünyaların Ötesine Bakmak
Noto ve Ulloa, çok çeşitli jeofizik süreçleri araştırmak için benzer laboratuvar modelleri geliştirmeye devam ediyor. Penn GEFLOW Laboratuvarı'ndan daha önceki araştırmalar, ısı ve kütlenin sınırlı alanlarda nasıl hareket ettiğini inceleyerek hidrotermal sistemlerdeki akışkanların rolüne dair yeni bilgiler sağlamıştı.
Noto, "Deneysel yöntemleri, gezegenimizdeki farklı bağlamlardaki farklı sistemleri daha derinlemesine incelemek için genişletmeyi planlıyoruz; olanaklar, kelimenin tam anlamıyla, bu dünyanın dışında," diyor.
Daisuke Noto, Pennsylvania Üniversitesi Sanat ve Bilim Fakültesi'nde doktora sonrası araştırmacıdır.
Hugo Ulloa, Penn Sanat ve Bilim Fakültesi Yer ve Çevre Bilimi Bölümü'nde yardımcı doçenttir.
Diğer yazarlar arasında Japonya Deniz-Yer Bilimi ve Teknolojisi Ajansı'ndan Takehiro Miyagoshi ve Takatoshi Yanagisawa ile Hokkaido Üniversitesi'nden Tomomi Terada ve Yuji Tasaka yer alıyor.
