Tuhaf dünyalar: Sıcak Jüpiterler ve süper Dünyalar

Kanca

Yengeç takımyıldızında, çıplak gözle zor seçilen bir yıldızın çevresinde, Dünya'nın neredeyse iki katı genişliğinde bir gezegen dolanıyor. Adı 55 Cancri e. Bu gezegende bir yıl, yani yıldızın çevresinde bir tur, yalnızca on sekiz saat kadar sürüyor. Sabah uyandığında başlayan bir yıl, gece yatmadan bitiyor.

Yıldızına o kadar yakın ki yüzeyinin kaya değil, erimiş lav olduğu düşünülüyor. Bizim sistemimizde böyle bir dünya yok. Bazı gezegenlerde bir yıl birkaç günden kısa. Öteki yıldızların etrafında bulduğumuz gezegenler, Güneş'imizin çevresinde hiç görmediğimiz türlerle dolu.

Merkezi soru

Öteki yıldızların etrafında hangi tür gezegenler var, sıcak Jüpiterler ve süper Dünyalar gibi Güneş Sistemi'nde olmayan türler nasıl ortaya çıktı ve bu keşifler gezegen oluşumu hakkındaki fikirlerimizi nasıl değiştirdi?

Anlatım

İlk sürpriz: Sıcak Jüpiterler

Ders 12.1'de tanıdığımız 51 Pegasi b, ilk bulunan ötegezegenlerden biri olmanın ötesinde bir şok yarattı. Jüpiter büyüklüğünde bir gaz deviydi, ama yıldızını dört günde bir dolanıyordu. Arşiv kayıtlarına göre yıldızına o kadar yakın ki, hesaplanan denge sıcaklığı bin kelvini aşıyor.

Güneş Sistemi'nde dev gezegenler dışarıdadır. Jüpiter, Güneş'i on iki yılda bir dolanır. Gökbilimciler de uzun süre bunun bir kural olduğunu düşünmüştü: Ders 10.1'deki oluşum hikâyesine göre dev gezegenler, buzun donabildiği kar çizgisinin ötesinde, bol katı malzemenin bulunduğu soğuk bölgelerde oluşmalıydı. 51 Pegasi b gibi, yıldızına çok yakın dolanan dev gezegenlere sıcak Jüpiter (hot Jupiter) adı verildi.

Bazıları gerçekten aşırıdır. Arşivdeki KELT-9 b adlı gezegenin hesaplanan denge sıcaklığı yaklaşık 3.900 kelvindir; bu, pek çok küçük yıldızın yüzeyinden daha sıcaktır. Böyle gezegenlerin yıldıza bakan yüzü sürekli gündüz, öbür yüzü sürekli gecedir; aradaki fark çok güçlü rüzgârlar yaratır.

Devler neden içeride?

Sıcak Jüpiterlerin bulundukları yerde oluşamayacağı düşünülüyor; yıldızın yanında gezegen yapacak kadar katı malzeme yoktur. En güçlü açıklama göçtür. Genç bir dev gezegen, dışarıda oluştuktan sonra onu çevreleyen gaz diskiyle etkileşerek yavaş yavaş içeri doğru kayabilir. Başka bir senaryoda ise dev gezegenler birbirlerini kütleçekimleriyle savurur; biri çok basık bir yörüngeye itilir, zamanla yıldızın yakınına yerleşir.

Bu fikir Güneş Sistemi'ne de yeni bir gözle bakmamızı sağladı. Gezegenlerin doğdukları yerde kalmadığı, sistemlerin milyonlarca yıl boyunca yeniden düzenlenebildiği anlaşıldı.

Göründüğü kadar yaygın değil

İlk yıllarda bulunan gezegenlerin çoğu sıcak Jüpiterdi. Bu, onların çok yaygın olduğu izlenimini yarattı. Oysa durum farklı. Jason Wright ve arkadaşlarının 2012'de yaptığı sayıma göre, Güneş benzeri yakın yıldızların yalnızca yüzde bir kadarının çevresinde sıcak Jüpiter var.

Onları bu kadar çok bulmamızın nedeni, en kolay bulunan gezegenler olmalarıdır. Büyük kütleleri yıldızlarını güçlü biçimde sallar; büyük boyutları geçiş sırasında derin bir gölge bırakır; kısa yılları sayesinde birkaç günde tekrar tekrar gözlenirler. Bir ormanda en önce en uzun ağaçları fark etmek gibi. Buna seçim etkisi (selection effect) denir: bulduğumuz örnekler, var olanların tamamını değil, bulması en kolay olanları yansıtır.

Güneş Sistemi'nde olmayan boy: Süper Dünyalar

Kepler uzay teleskobu binlerce küçük gezegen bulunca asıl büyük sürpriz ortaya çıktı. Galakside en sık rastlanan gezegen türlerinden biri, Güneş Sistemi'nde tek bir örneği bile bulunmayan bir türdü: Dünya'dan büyük, Neptün'den küçük gezegenler.

Bu aralıktaki gezegenlere iki ad verilir. Kayalık olduğu düşünülenlere süper Dünya (super-Earth), kalın bir hidrojen ve helyum örtüsüne sahip olduğu düşünülenlere mini Neptün ya da alt Neptün (sub-Neptune) denir. Eylül 2026'daki arşiv sorgumuza göre yarıçapı bilinen 6.322 gezegenin 3.264'ünün, yani yarısından fazlasının yarıçapı Dünya'nın 1,25 ile 4 katı arasında. Bu sayılar da seçim etkisinden bağımsız değildir, ama bu boydaki gezegenlerin gerçekten çok yaygın olduğu Kepler'in sayımlarından biliniyor.

Benjamin Fulton ve arkadaşları 2017'de, Kepler'in iki binden fazla küçük gezegenini dikkatle ölçerek ilginç bir boşluk buldu. Dünya'nın 1,5 ile 2 katı yarıçap arasında gezegen sayısı belirgin biçimde azalıyordu. Bu boşluk, yıldızına yakın küçük gezegenleri iki gruba ayırıyordu: daha küçük, kayalık süper Dünyalar ve daha büyük, gaz örtülü alt Neptünler. Bir olası açıklama, yıldızın güçlü ışınımının bazı gezegenlerin gaz örtüsünü söküp geriye yalnızca kayalık çekirdeği bırakmasıdır.

Daha da tuhaf olanlar

Tuhaflık bunlarla bitmiyor. 55 Cancri e gibi lav dünyaları, yıldızına çok yakın dolanan kayalık gezegenlerdir. Arşive göre 164 gezegenin yılı bir günden kısadır. Bazı gezegenler iki yıldızın birden çevresinde dolanır; gökyüzlerinde iki güneş doğar. Bazıları çok hafif, pamuk şekeri kadar düşük yoğunlukta şişkin devlerdir. Küçük, soğuk kırmızı cüce yıldızların çevresinde ise Dünya boyutunda gezegen aileleri bulundu; TRAPPIST-1 yıldızının çevresinde yedi Dünya boyutunda gezegen dolanıyor.

Aslında…

Seçim etkisi yalnızca astronomide değil, gündelik hayatta da karşımıza çıkar: bir tatil yerinden yalnızca güzel fotoğraflar paylaşılırsa, orayı gerçekte olduğundan daha güzel sanırız. Bilim insanları bu yüzden bir yöntemin neyi kolay, neyi zor bulduğunu hesaba katarak gerçek oranları çıkarır.

Büyük resim

Ötegezegen keşifleri, Güneş Sistemi'nin evrendeki tek şablon olmadığını gösterdi. Bizim sistemimizde en yaygın gezegen boyu yok; sıcak Jüpiter de yok. Buna karşılık başka sistemlerde, bizim hiç görmediğimiz türler bol. Bu da gezegen oluşumu kuramlarını, yalnızca tek bir örneği açıklayan hikâyeler olmaktan çıkarıp binlerce örneği açıklaması gereken bir bilime dönüştürdü.

Aynı zamanda eski bir soruyu da yeniden gündeme getirdi: Güneş Sistemi sıradan mı, yoksa alışılmadık bir sistem mi? Cevap henüz kesin değil, çünkü Jüpiter gibi uzakta dolanan devleri ve Dünya gibi küçük gezegenleri bulmak hâlâ zor. Ama bildiğimiz kadarıyla, sistemimizin bazı özellikleri gerçekten az rastlanır görünüyor.

Özet

1. Sıcak Jüpiterler, yıldızlarını birkaç günde dolanan dev gezegenlerdir; büyük olasılıkla dışarıda oluşup içeri göç ettiler ve Güneş benzeri yıldızların yalnızca yüzde bir kadarında bulunurlar.
2. İlk keşiflerde sıcak Jüpiterlerin çok görülmesi bir seçim etkisidir: büyük, ağır ve yıldızına yakın gezegenler en kolay saptananlardır.
3. Dünya'dan büyük, Neptün'den küçük süper Dünyalar ve alt Neptünler, bizim sistemimizde bulunmayan ama galakside çok yaygın bir türdür; Fulton ve arkadaşlarının bulduğu yarıçap boşluğu bu grubu kayalık ve gaz örtülü iki alt gruba ayırır.

Görev

Quiz

1. Sıcak Jüpiter nedir?
2. Sıcak Jüpiterler bulundukları yerde oluşamadıysa, oraya nasıl gelmiş olabilirler?
3. Seçim etkisi nedir ve ilk bulunan gezegenlerde nasıl ortaya çıktı?
4. Süper Dünya ve alt Neptün nedir?
5. Fulton ve arkadaşlarının bulduğu yarıçap boşluğu nedir?

Cevaplar

1. Yıldızına çok yakın dolanan, yılı birkaç gün süren, Jüpiter büyüklüğünde sıcak bir gaz devi.
2. Dışarıda, kar çizgisinin ötesinde oluşup gaz diskiyle etkileşerek içeri göç etmiş ya da öbür dev gezegenlerin kütleçekimiyle basık bir yörüngeye savrulup zamanla yıldızın yakınına yerleşmiş olabilirler.
3. Bulduğumuz örneklerin, var olanların tamamını değil bulması en kolay olanları yansıtması; büyük, ağır ve yıldızına yakın sıcak Jüpiterler en kolay saptandığı için ilk keşiflerde aşırı çok görüldüler.
4. Dünya'dan büyük, Neptün'den küçük gezegenler; kayalık olduğu düşünülenlere süper Dünya, kalın gaz örtüsü olanlara alt Neptün denir.
5. Dünya'nın 1,5 ile 2 katı yarıçap arasında gezegen sayısının belirgin biçimde azalması; bu boşluk, küçük gezegenleri kayalık süper Dünyalar ve gaz örtülü alt Neptünler olarak iki gruba ayırır.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Bu kadar çeşitli dünya arasında, yaşam için uygun olanları nasıl ayırt edebiliriz? İlk akla gelen ölçüt, gezegenin yıldızına olan uzaklığıdır: sıvı suyun ne donduğu ne kaynadığı bir kuşak. Ama bu kuşağın içinde olmak, bir gezegeni gerçekten yaşanabilir kılmaya yeter mi?