Astronomlar James Webb Uzay Teleskobu ile uzak bir ötegezegenin atmosferinin beklenenden çok daha dengesiz olduğunu keşfetti. 1.300 ışık yılı uzaklıkta bulunan kavurucu gaz devi WASP-17b, ısıyı yeniden dağıtan güçlü rüzgarlar yaşıyor ve bu durum atmosferinin bir tarafının dışa doğru şişmesine yol açıyor. Öncü bir haritalama tekniği bu gizli bozulmaları ortaya çıkardı ve aşırı sıcaklıkların ile rüzgarların yabancı dünyaları nasıl şekillendirdiğine dair tahminleri doğruladı.
Astronomlar uzun süre uzak ötegezegenleri pürüzsüz, dairesel hatlarla resmetti. Yeni gözlemler ise bu kavurucu yabancı dünyaların çevresindeki atmosferlerin şaşırtıcı derecede eşit olmayan şekillere sahip olabildiğini gösteriyor.
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu ile araştırmacılar, Dünya’dan yaklaşık 1.300 ışık yılı uzaklıktaki dev gezegen WASP-17b’nin atmosferinin bir taraftan diğerine göre daha dışa uzandığını keşfetti. Genel hatları yaklaşık olarak dairesel kalsa da atmosferi belirgin şekilde asimetrik. Bu bozulma, uzak gezegenlerin atmosferlerini aşırı sıcaklıkların ve güçlü rüzgarların nasıl yeniden şekillendirdiğine dair yeni kanıt sunuyor.
Keşif, Nature Astronomy’de yayımlandı ve ABD’deki Cornell Üniversitesi ile Birleşik Krallık’taki Bristol Üniversitesi’nin ortak yürüttüğü bir çalışmadan geliyor. Araştırmacılar, gezegenin atmosferik yapısını benzeri görülmemiş bir detayda incelemeye yarayan Bristol astrofizikçileri Dr. David Grant ve Dr. Hannah Wakeford tarafından geliştirilen ‘transmission strings’ adı verilen yenilikçi bir tekniği kullandı.
James Webb, bir yabancı atmosferin 3B yapısını ortaya çıkarıyor
WASP-17b, ‘sıcak Jüpiter’ olarak bilinen gezegen sınıfına ait; ev sahibi yıldızına yakın yörüngede dolanan ve yoğun ısınma yaşayan dev gaz gezegenler. Olağandışı atmosferik şekli, bu uç dünyalarda ısının nasıl hareket ettiğine dair yeni bir bakış açısı sunuyor.
Baş yazar Dr. Lili Alderson, araştırmaya Bristol Üniversitesi’nde fizik doktorasını yaptığı dönemde başladı. Şu anda Cornell Üniversitesi’nde Klarman Postdoctoral Fellow olarak çalışıyor.
“Bu, gezegenlerin gerçekten üç boyutlu nesneler olduğunun kanıtı ve yıldızlarının etrafında dönerken tahmin ettiğimiz şeylerin gerçekten gerçekleştiğinin kanıtı. Hesaplamalı egzersizlerin ötesine geçip bunu gerçekte görmek başka bir şey.”
Gözlemler, WASP-17b’nin atmosferik kimliği ve sıcaklık değişimleri hakkında değerli bilgiler sağlıyor; ekvatordaki ve kutuplardaki farklılıkların yanı sıra sürekli aydınlıkta kalan ve karanlıkta kalan yarım küreler arasındaki farkları da içeriyor.
Bu sonuçlar daha önce yapılmış teorik tahminler ve bilgisayar modelleriyle yakından örtüşüyor. Birlikte, şimdiye kadar üretilmiş en ayrıntılı ötegezegen atmosferi üç boyutlu görüntüleri arasında yer alıyor ve şimdiye kadar doğrulanmış 6.000’den fazla ötegezegenin incelenmesi için kullanışlı bir referans noktası oluşturuyor.
Bristol Üniversitesi’nde astrofizik doçenti ortak yazar Dr. Hannah Wakeford, “Gezegenler huysuzdur, atmosferleri karmaşık ve kaotiktir. Tüm bu sayıların bir araya gelip 1.000 ışık yılından ötedeki bu dev dünyanın bu kadar yapılandırılmış, dinamik bir resmini bize göstermesi gerçekten heyecan vericiydi.” dedi.
Yeni bir teknik gizli atmosferik özellikleri ortaya çıkarıyor
James Webb’in olağanüstü duyarlılığı, gezegen bir yıldızın arkasına geçtiğinde ışıkta oluşan ince değişimleri inceleyen tutulma haritalama yöntemiyle yabancı atmosferleri araştırmayı zaten mümkün kılmıştı. Bu yaklaşım, araştırmacıların gezegen boyunca koşulların nasıl değiştiğini belirlemesine yardımcı oluyor.
Yeni “transmission strings” tekniği, aynı zamanda transit haritalama olarak da adlandırılıyor ve gezegenin yörüngesinin karşıt kısmını inceliyor. Bir ötegezegen yıldızının önünde geçerken, bazı yıldız ışığı teleskoba ulaşmadan önce atmosferinin dış kenarlarından geçiyor.
Farklı açılardan gelen bu ışığı analiz ederek bilim insanları atmosferin bileşimini inceleyebiliyor ve gezegenin çevresindeki farklı konumlarda ne kadar uzandığını belirleyebiliyor. Bu dış atmosfer sınırı limb olarak biliniyor.
Geleneksel yöntemler genellikle limb’den gelen ışık ölçümlerini tek bir ortalama spektrumda birleştiriyor. Yeni yaklaşım ise farklı bölgelerden gelen bilgileri ayırıyor ve aksi halde gizli kalacak atmosferik değişimleri tespit etmeyi sağlıyor.
Dr. Alderson, “Atmosferinizin her tarafında aynı yarıçapa sahip bir daire olduğunu varsaymak yerine, tekniğimiz merkezden gezegenin kenarına olan farklı mesafeleri ortaya çıkarmanıza izin veriyor” diye açıkladı. “Kenarın etrafında dolaşabiliyoruz. Yani bir halktan, bir bakıma halkadaki mücevherlerin nerede olduğuna dair anlayışa geçtik.”
Güçlü rüzgarlar eğri bir atmosfere yol açıyor
Yeni ölçümler, WASP-17b’nin ekvatoru yakınında, önceki modellerin öngördüğü yerde özellikle ilginç bir özellik ortaya çıkardı.
Bozulma, gezegenin “akşam” tarafında meydana geliyor; burada güçlü atmosferik rüzgarlar ısıyı sürekli olarak yıldızına bakan yarım küreden karanlıkta kalan yarım küreye taşıyor.
Sıcak gazın bu hareketi, akşam tarafındaki atmosferin daha soğuk “sabah” tarafına göre daha dışa doğru genişlemesine neden oluyor. Sonuç olarak gezegenin atmosferik hatları mükemmel şekilde simetrik değil.
Bulgular, bu bölgeler arasındaki sıcaklık farklarına dair önemli bir tahmini doğruluyor. Transit haritalama ölçümleri aynı zamanda WASP-17b’nin daha önce tespit edilmiş diğer özelliklerini de destekledi.
Dr. Alderson ekledi: “Teori, sabah ve akşam tarafları arasında güçlü bir sıcaklık farkı olması gerektiğini öngörüyor ve WASP-17b bu eğilime gerçekten çok güzel uyuyor; düşündüğümüzün neredeyse tam tamına.”
Uzak gezegenlerde hava durumunu haritalamak için bir atılım
WASP-17b’ye transmission strings’in başarıyla uygulanması, tekniğin başka birçok ötegezegenin atmosferlerini incelemede kullanılabileceğini gösteriyor.
Yakın zamana kadar astronomların bu uzak atmosferler hakkında belirleyebildiği şeylerin çoğu büyük bölgeler üzerinden ortalanmış ölçümlerden geliyordu. Yeni yöntem, farklı enlemlerdeki koşulların yanı sıra bir gezegenin gündüz ve gece tarafları arasındaki farkları ayırt etmenin bir yolunu sunuyor.
Zamanla bu yaklaşım, bilim insanlarının güneş sistemimizin çok ötesindeki dünyalarda hava düzenlerini daha küçük ölçeklerde araştırmasına yardımcı olabilir.
Dr. Wakeford, “Bu en ileri düzey veriye uygulayabileceğimiz çok sağlam matematiksel bir modelimiz olması inanılmaz derecede heyecan verici. Sonuçlar, bu çok boyutlu ve çok yönlü dünyalarda devam eden dinamiklerin gerçekten güzel bir gösterimi.” dedi.
Çalışma, JWST’nin Telescope Scientist Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres through Multi-instrument Spectroscopy, yani TST DREAMS Garantili Zaman Gözlemleri programı kapsamında toplanan gözlemleri kullandı.
Finansman NASA, Birleşik Krallık Araştırma ve İnovasyon Kurumu’nun Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi ile Klarman Bursu tarafından sağlandı.
