1995 yılında, yıllarca süren çabalardan sonra, gökbilimciler bir duyuru yaptı: Güneş sistemimizin dışında güneş benzeri bir yıldızın çevresinde dönen ilk gezegeni bulmuşlardı. Ancak bu gezegen, 51 Pegasi b, oldukça beklenmedik bir yerdeydi - ana yıldızından yaklaşık 4,8 milyon mil uzakta görünüyordu ve yıldızın etrafında dört Dünya gününden biraz fazla bir sürede hızla dönebildi. Karşılaştırıldığında, en içteki gezegenimiz Merkür, en yakın yaklaşımında güneşten 28,6 milyon mil uzaktadır ve her 88 günde bir yörüngesinde döner.
Dahası, 51 Pegasi b büyük - gaz devi Satürn gibi güneş sistemimizde yörüngede dönen Jüpiter'in kütlesinin yarısı. Gezegeni keşfetme çabalarından dolayı Michel Mayor ve Didier Queloz, bir kozmolog olan James Peebles ile birlikte 2019 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Nobel komitesi, onların evrenin evrimi ve Dünya'nın kozmostaki yeri hakkındaki anlayışımıza katkılarından bahsetti.
Sıcak Jüpiter deyimi, 1990'larda giderek daha fazla keşfedildiği için 51 Pegasi b gibi gezegenleri tanımlamak için dile geldi. Şimdi, yirmi yıldan fazla bir süre sonra, uzayda ve yerde gezegen arayan teleskoplardan oluşan bir hazineden toplam 4.000'den fazla ötegezegen biliyoruz ve daha birçokları da gelecek: şimdi feshedilmiş Kepler; ve TESS, Gaia, WASP, KELT ve daha fazlası gibi güncel olanlar. Sıcak Jüpiter'in kaba tanımını 400'den sadece birkaçı karşılıyor - 10 gün veya daha az yörüngeye sahip ve kendi Jüpiter'imizinkinden yüzde 25 veya daha büyük bir kütleye sahip bir gezegen. Bu yakın, ağır dünyalar şimdiye kadar tespit edilen ötegezegenlerin yaklaşık yüzde 10'unu temsil ederken, bunların tüm gezegenlerin sadece yüzde 1'ini oluşturduğu düşünülüyor.
Yine de, sıcak Jüpiterler bize gezegen sistemlerinin nasıl oluştuğu ve ne tür koşulların aşırı sonuçlara yol açtığı hakkında çok şey anlatıyor. 2018 tarihli bir makalede Astronomi ve Astrofiziğin Yıllık İncelemesi , astronomlar Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nden Rebekah Dawson ve Harvard Üniversitesi'nden John Asher Johnson, sıcak Jüpiter'leri ve nasıl oluştuklarını - ve bunun galaksideki diğer gezegenler için ne anlama geldiğini - incelediler. Bilinebilir Dergi Dawson ile gezegen avcılığının geçmişi, bugünü ve geleceği hakkında konuştu ve bu esrarengiz sıcak Jüpiterlerin neden hala önemli olduğunu anlattı. Bu konuşma, uzunluk ve netlik için düzenlendi.
Astronom Rebekah Dawson, Pennsylvania Eyalet Üniversitesi.(James Provost (CC BY-ND))
Sıcak Jüpiter nedir?
Sıcak Jüpiter, Jüpiter'in kütlesi ve büyüklüğü civarında olan bir gezegendir. Ancak kendi Jüpiter'imiz gibi güneşten uzak olmak yerine, yıldızına çok yakındır. Kesin tanımlar değişiklik gösterir, ancak Yıllık İnceleme makalesinde, yıldızının yaklaşık 0.1 astronomik birimi içinde bir Jüpiter olduğunu söylüyoruz. Bir astronomik birim, Dünya ile güneş arasındaki mesafedir, bu nedenle yıldızına yaklaşık 10 kat daha yakındır - veya daha az - Dünya'nın güneşe olduğundan.
Yıldızlarına bu kadar yakın olmak bu gezegenlere ne yapıyor?
Bu ilginç ve tartışmalı bir soru. Bu sıcak Jüpiterlerin çoğu, genellikle yıldızın ısınmasından ve gaz katmanlarının genişlemesinden kaynaklanan radyasyona atfedilen kendi Jüpiter'imizden çok daha büyüktür.
Atmosferde gördüğümüz şeyler üzerinde de bazı etkileri olabilir. Bu gezegenler gelgitsel olarak kilitlenmiştir, böylece aynı taraf her zaman yıldıza bakar ve ısının ne kadar yeniden dağıtıldığına bağlı olarak, gündüz tarafı gece tarafına göre çok daha sıcak olabilir.
Bazı sıcak Jüpiterler, atmosferlerinden hidrojen gazı kaçtığına dair kanıtlara sahiptir ve bazı özellikle sıcak-sıcak Jüpiterler, atmosferlerinde - sıcaklığın irtifa ile arttığı - termal bir ters çevirme gösterir. Bu kadar yüksek sıcaklıklarda, atmosferde su buharı ve titanyum oksit gibi moleküller ve gaz halindeki sodyum ve potasyum gibi metaller bulunabilir.
Kayıp Gezegenler: Peter van de Kamp ve Barnard'ın Yıldızı Çevresinde Kaybolan Ötegezegenler (MIT Press)satın al
Bir gezegenin yıldızına bu kadar yakın olmasını ne açıklayabilir?
İnsanların ortaya çıkardığı üç model kategorisi vardır. Birincisi, belki de bu gezegenler başlangıçta yıldızlarına yakın oluşur. Başlangıçta, insanlar bunu bir şekilde reddetti. Ancak daha yakın zamanlarda, daha fazla çalışma ve simülasyon bunun olabileceği koşulları gösterdiğinden, gökbilimciler bu teoriyi biraz daha ciddiye alıyorlar.
Bir başka açıklama da, gezegen sisteminin bir gaz ve toz diskinden oluştuğu aşamada, Jüpiter'in yıldızına daha yakın çekildiğidir.
Son açıklama, Jüpiter'in yıldızdan çok uzakta başlamış ve daha sonra çok eliptik bir yörüngeye girmiş olabileceğidir - muhtemelen sistemdeki diğer cisimlerle yerçekimi etkileşimleri yoluyla - böylece ev sahibi yıldıza çok yakın geçmiş olabilir. O kadar yakınlaştı ki, yıldız Jüpiter'de güçlü gelgitler oluşturabilir, tıpkı Ay'ın Dünya'daki gelgitleri yükseltmesi gibi. Bu, yörüngesini küçültebilir ve dairesel hale getirebilir, böylece gözlemlediğimiz konumda yıldıza yakın hale gelebilir.
Bilim adamları, sıcak Jüpiterlerin oluşabileceği üç yol önermektedir. Birinde, gaz devleri yerinde oluşur. Diğer ikisinde, devler daha uzak yörüngelerde ortaya çıkar, ancak olaylar onları yavaş yavaş yakınlaştırır.(Bilinebilir Dergisi)
Sıcak Jüpiterlere sahip gezegen sistemlerinde gördüğümüz, diğer sistemlerde olmayan şeyler var mı?
Bazı trendler var. Birincisi, gördüğümüz diğer gezegen sistemleri türlerinin aksine, çoğu sıcak Jüpiter'in yakınlarda başka küçük gezegenleri olmamasıdır. Küçük bir sıcak gezegen görürsek veya yıldızından biraz daha uzakta bir gaz devi görürsek, genellikle yakınlarda başka gezegenler vardır. Çok sıcak Jüpiterler çok yalnız oldukları için özeldir.
Yalnızlık eğilimi, sıcak Jüpiter'lerin yıldızlarına bu kadar yakın oluşuyla bağlantılı. Gezegenin küçülen ve daireselleşen bir eliptik yörüngeye girdiği senaryoda, bu muhtemelen yoldaki tüm küçük gezegenleri yok edecektir. Bununla birlikte, sıcak bir Jüpiter'in yakınlarda küçük bir gezegene sahip olduğu birkaç sistem var. Bunlarla, bu iyi bir açıklama değil.
Sıcak Jüpiter'lere sahip gezegen sistemleri, genellikle sistemde daha uzakta - tipik olarak Dünya'nın bulunduğu yerin ötesinde - başka dev gezegenlere sahiptir. Belki de, eğer sıcak Jüpiterler son derece eksantrik yörüngelerden kaynaklandıysa, bu uzak gezegenler, başlangıçta onların eksantrikliklerini heyecanlandırmaktan sorumludur. Veya bu süreçte sistemden atılan sorumlu gezegenler olabilirdi, bu yüzden onları hala sistemde görmek zorunda değiliz.
Bir başka büyük eğilim, sıcak Jüpiter'lerin daha fazla metal açısından zengin yıldızların etrafında olma eğiliminde olmalarıdır. Gökbilimciler, metalleri hidrojen veya helyumdan daha ağır herhangi bir element olarak adlandırırlar. Yıldızda daha fazla demir ve diğer elementler var ve bunun gezegenlerin oluşturduğu gaz ve toz diskini etkileyebileceğini düşünüyoruz. Daha fazla katı madde var ve bu, çekirdekleri için malzeme sağlayarak dev gezegenlerin oluşmasını kolaylaştırabilir, bu da daha sonra gaz biriktirecek ve gaz devleri haline gelecektir.
Sistemde daha fazla metal olması, birden fazla dev gezegenin yaratılmasını sağlayabilir. Bu, sıcak Jüpiter'i yüksek eksantriklikli bir yörüngeye oturtacak türden yerçekimi etkileşimine neden olabilir.
51 Pegasi b gibi sıcak Jüpiterler, güneş benzeri yıldızların etrafında keşfedilen ilk gezegen türüydü. Onların keşfine ne yol açtı?
Gökbilimciler, güneş dışı gezegenleri aramak için radyal hız yöntemi adı verilen bir tekniği kullanmaya başladıktan sonra meydana geldi. Kendi Jüpiter'imize benzerlerini bulmayı umuyorlardı çünkü bunun gibi dev gezegenler en büyük sinyali üretecekti. Daha da büyük bir sinyal üreten sıcak Jüpiterleri daha kısa bir zaman ölçeğinde bulmak çok mutlu bir sürpriz oldu. Şaşırtıcı ama tesadüfi bir keşifti.
Radyal hız yöntemini açıklayabilir misiniz?
Ev sahibi yıldızın gezegenden kaynaklanan hareketini algılar. Çoğu zaman hareketsiz duran yıldızları ve onun etrafında dönen bir gezegen olduğunu düşünürüz. Ancak yıldız aslında iki nesne arasındaki kütle merkezi etrafında kendi küçük yörüngesini yapıyor ve radyal hız yönteminin tespit ettiği şey de bu. Daha spesifik olarak, yıldızın ışığının doppler kaymasını yörüngesinde ilerlerken ve bize doğru veya bizden uzaklaştıkça algılar.
Gezegenleri bulmanın diğer yaygın yollarından biri, önünden geçen bir gezegen nedeniyle bir yıldızın ışığının kararmasını arayan geçiş yöntemidir. Sıcak Jüpiterleri bu şekilde bulmak daha küçük gezegenlerden daha kolay çünkü bunlar yıldızın ışığının çoğunu engelliyor. Ve eğer yıldıza yakınlarsa, belirli bir zaman diliminde daha sık geçiş yaparlar, bu yüzden onları tespit etmemiz daha olasıdır.
1990'larda, gökbilimcilerin keşfettiği ötegezegenlerin çoğu sıcak Jüpiter'di. O zamandan beri, daha fazla ve farklı türde gezegen bulduk - sıcak Jüpiterler, Neptün büyüklüğündeki dünyalar ve süper Dünyalarla karşılaştırıldığında nispeten nadirdir. Onları bulmak ve incelemek neden hala önemlidir?
Büyük bir motivasyon, onların orada olmaları ve gezegen sistemlerinin nasıl oluştuğuna ve evrimleştiğine dair teorilerimizden tahmin edilmemiş olmalarıdır, bu yüzden bu teorilerde bazı önemli parçalar eksik olmalı.
Bu eksik bileşenler, sonuç sıcak bir Jüpiter olmasa bile, muhtemelen birçok gezegen sistemini etkiler - bizce sıcak bir Jüpiter, muhtemelen aşırı bir sonuçtur. Jüpiter'leri hiç sıcak yapacak bir teorimiz yoksa, o zaman muhtemelen bu önemli süreçleri kaçırıyoruz.
Sıcak Jüpiterlerle ilgili yararlı bir şey, geçişleri ve radyal hızı kullanarak tespit etmenin ve karakterize etmenin çok daha kolay olmasıdır ve atmosferi incelemeye çalışmak için geçişe farklı dalga boylarında bakabiliriz. Gezegen karakterizasyonuna gerçekten yardımcı olan pencerelerdir.
Sıcak Jüpiterler, her zaman en ayrıntılı şekilde inceleyebildiğimiz gezegenler olmaya devam edecek. Bu nedenle, insanlar artık yeni bir sıcak Jüpiter'in keşfinden heyecan duymasalar da, numuneyi artırmak, test etmek için yörüngeleri, bileşimleri, boyutları veya gezegen sistemlerinin geri kalanının neye benzediği hakkında daha fazla ayrıntı toplamamızı sağlar. kökenlerine ilişkin teoriler. Buna karşılık, bize her türlü gezegen sistemini etkileyen süreçleri öğretiyorlar.
James Webb Uzay Teleskobu ve daha büyük yer tabanlı teleskoplar gibi yeni nesil gözlemevleri ortaya çıktıkça sıcak Jüpiterler hakkında hangi soruları cevaplayabileceğiz?
James Webb ile umut, çok sayıda sıcak Jüpiter'in atmosferik özelliklerini karakterize edebilmektir ve bunlar, nerede oluştuklarını ve oluşum koşullarının nasıl olduğunu test etmemize yardımcı olabilir. Anladığım kadarıyla, James Webb sıcak Jüpiter'leri çok hızlı bir şekilde inceleyebilir, böylece onlardan gerçekten büyük bir örnek alabilir ve bu soruların bazılarını istatistiksel olarak test etmeye yardımcı olabilir.
Gaia görevi, gezegen sistemlerinin dış kısmını karakterize etmek için gerçekten yardımcı olacak ve özellikle büyük ve uzak gezegenlerin geçiş yapan sıcak Jüpiter ile aynı düzlemde olup olmadığını ölçmemize yardımcı olabilir; farklı teoriler, durumun böyle olması gerekip gerekmediği konusunda farklı tahminlerde bulunur. Gaia, genellikle gezegen sisteminin sadece iki boyutlu bir görünümüne sahip olduğumuzda, bize üç boyutlu bilgi verebilme konusunda çok özeldir.
TESS [Transit Exoplanet Survey Satellite uzay teleskobu] şu anda devam ediyor - ve keşifleri gerçekten parlak yıldızların etrafında, bu nedenle genel mimariyi daha iyi karakterize etmek için radyal hız yöntemini kullanarak sıcak Jüpiter'e sahip tüm sistemi incelemek mümkün hale geliyor gezegen sisteminin. Daha uzakta ne olduğunu bilmek, Jüpiter'in sıcak kökenleri hakkındaki bazı fikirleri test etmemize yardımcı olacaktır.
TESS ve diğer anketler de örneklemde daha fazla genç yıldıza sahip. Sıcak Jüpiter'in oluşum hızının ve özelliklerinin ne zaman oluştuklarına daha yakın olduğunu görebiliriz. Bu da farklı oluşum senaryoları arasında ayrım yapmamıza yardımcı olacaktır.
Onlar bizim için yabancı dünyalar, ama sıcak Jüpiterler bize kendi güneş sistemimizin kökenleri hakkında ne söyleyebilir? Bu günlerde, birçok görev Dünya büyüklüğündeki gezegenlere odaklanıyor.
Hepimizin hala görmekte zorlandığımız şey şudur: Güneş sistemimiz, gezegen sistemlerinin nasıl oluştuğuna ve geliştiğine dair daha büyük bir resme nerede uyuyor ve gördüğümüz gezegen sistemlerinin çeşitliliğini ne üretiyor? Güneş sistemimizden sıcak Jüpiter'li bir sisteme, Kepler'in bulduğuna daha tipik bir sisteme kadar her şeyi açıklayabilecek çok eksiksiz bir plan oluşturmak istiyoruz. süper dünyalar.
Güneş sistemimizin neden sıcak Jüpiter'e sahip olmadığına ve diğer güneş sistemlerinin sahip olduğuna dair hala harika bir açıklamamız yok. Gözlemlediğimiz her tür gezegen sistemini açıklayabilecek geniş bir teori istiyoruz. Sıcak Jüpiter'leri hesaba katmamıza izin veren gezegen oluşumu modellerimizde eksik süreçleri veya fiziği belirleyerek, daha büyük resmi geliştiriyoruz.
Başka düşünceleriniz var mı?
Ekleyebileceğim tek şey, incelememiz için tüm kanıtları bir araya getirdiğimizde, teorilerin hiçbirinin her şeyi açıklayamayacağını bulduk. Bu da bizi Jüpiter'i sıcak yapmak için muhtemelen birden fazla yol olduğuna inanmaya motive ediyor - bu yüzden onları incelemek çok daha önemli.Bilinebilir Dergi Yıllık İncelemelerden bağımsız bir gazetecilik çalışmasıdır.