Neptün büyüklüğündeki dış gezegen, ev sahibi yıldızına göre çok büyük

Biraz kazanırsın, biraz kaybedersin. Bu haftanın başlarında Webb Uzay Teleskobu tarafından yapılan gözlemler, gezegenin oluşumu hakkında anladığımızı düşündüğümüz şeyleri destekleyen yeni veriler sağladı. Perşembe günü, gökbilimcilerin genç bir yıldızın yakınında yörüngede dönen büyük bir gezegen tespit ettiği haberi geldi; bu yıldız o kadar küçüktü ki çevresinde bu boyutta bir gezegen oluşturmaya yetecek kadar malzeme yoktu.

Bu, gezegenin “imkansız” olduğu anlamına gelmez. Ancak bu, gezegen oluşumunun bazı yönlerini tam olarak anlayamayabileceğimiz anlamına geliyor.

Büyük uyumsuzluk

LHS 3154, tüm makul standartlara göre küçük, sönük bir yıldızdır. Yeni çalışmanın arkasındaki ekibin çektiği görüntüler, kırmızı cücenin kütlesinin Güneş’in kütlesinin yalnızca %11’i olduğunu gösteriyor. Sıcaklık tahminleri 2.850 K civarındadır; bu, Güneş’in 5.800 K sıcaklığının oldukça altındadır ve onu aşırı soğuk cüceler kategorisinin dışında tutacak kadar sıcaktır. (Evet, süper havalı cüceler hak edilmeye değer bir şeydir Wikipedia girişleri.)

Bunun gibi kırmızı cücelerin çevresinde çok sayıda gezegen bulduk. Ancak çoğunlukla küçük ve kayalıktı. Bunun nedeni muhtemelen genç yıldızların çok fazla madde olmadan disklerin içinde oluşmasıdır. Bu nedenle, verilerin LHS 3154 çevresinde çok büyük bir gezegene işaret etmesi biraz sürpriz oldu. Bu gezegen Teksas’taki McDonald Gözlemevi’nde bir teleskop kullanılarak keşfedildi.

Araştırmacılar gezegenin kütlesini belirlemek için radyal hız ölçümlerini kullandılar. Bu yöntem, gezegenin yörüngesinin onu nereye götürdüğüne bağlı olarak, gezegenin yerçekiminin yıldızı Dünya’ya yaklaştırması veya uzaklaştırması nedeniyle yıldız ışığındaki Doppler kaymalarını tespit ediyor. Bu yöntem yalnızca gezegenin minimum kütlesini hesaplayabilmektedir. Bunun nedeni, gezegenin yörüngesinin Dünya’ya göre eğik olması ve dolayısıyla gezegenin yerçekiminin bir kısmının eksen dışı olmasıdır.

Bu tahminler, yeni keşfedilen gezegen LHS 3154b’nin Dünya’nın kütlesinin en az 13 katı olduğunu, yani Neptün’den biraz daha küçük olduğunu ortaya koyuyor. (Yine, bu eksik bir tahmindir, dolayısıyla daha büyük olabilir.) Bu büyüklükteki gezegenler, bu kadar küçük yıldızların çevresinde nadiren bulunur. Böyle olduklarında yıldızlarından, yörüngesini tamamlamak için yalnızca 3,7 gün gerektiren LHS 3154b’ye göre çok daha uzakta olma eğilimindedirler. Yani LHS 3154b bir açıklama gerektirecek kadar sıradışı görünüyor.

Büyük oyna

Küçük yıldızların etrafında büyük gezegenlerin bulunduğu durumlarda, yıldız oluşum sürecinin başlarında disk parçalanması yoluyla oluşmuş gibi görünüyorlar; bu, ikili yıldızların oluşmasıyla aynı süreçtir, ancak bunun yerine bir gezegenin oluşmasını sağlayan daha düşük bir kütle miktarı vardır. Araştırmacılar, LHS 3154b’nin bu sürecin simülasyonlarında oluşan gezegenlerden çok daha büyük ve ev sahibi yıldızına çok daha yakın olduğunu buldu.

Bu nedenle araştırmacılar, diğer gezegen oluşum modellerinin LHS 3154b gibi bir şey üretip üretemeyeceğini araştırdılar. LHS 3154’ünkine benzer kütleye sahip yıldızların etrafındaki gezegen oluşturan disklerdeki malzeme miktarına ilişkin tahminler elde ettiler. Daha sonra bunu, küçük kayalık malzemelerin birikmesi veya gezegenimsiler arasındaki çarpışmalar yoluyla gezegen oluşumunu simüle etmek için kullandılar. Bunlar genellikle yeterince büyük gezegenler üretmede başarısız oldu.

LHS 3154b kadar büyük bir şeyi sürekli olarak oluşturmak için araştırmacıların başlangıç ​​koşullarını, gezegenin oluşum diskinde 10 kat daha fazla malzeme olacak şekilde değiştirmeleri gerekti.

Bu, gezegen oluşum mekanizmalarına ilişkin mevcut modellerimizin gözlemlerimizden en az birini açıklayamadığının bir göstergesidir. LHS 3154b oldukça sıra dışı olabilir ve eğer öyleyse, ne modellerimizde ne de ek gözlemlerimizde buna benzer bir şey görmeyi beklememeliyiz. Modellerdeki belirsizliklerle disk ölçümlerindeki belirsizlikleri birleştirirseniz, potansiyel olarak bu gezegene benzer bir şeyin varlığına izin verebilir.

Ancak araştırmacılar LHS 3154b’nin bize modellerimiz hakkında bir şeyler anlatabileceği fikrini de dikkate aldılar. Bu durumu açıklayabilecek bir seçenek, gezegen oluşturan disklerdeki malzemenin çoğunun santimetre ölçeğinde çakıl taşları biçiminde olmasıdır; bu diskleri incelemek için kullandığımız dalga boylarında bunları tespit etmek imkansızdır.

Diğer neden ise, gezegen oluşturan disklerin iyi görüntülerini alma eğiliminde olduğumuz zaman ile gezegen oluşumunun gerçekten gerçekleştiği zaman arasında bir zamanlama uyumsuzluğu olmasıdır. Yeni oluşan yıldız ısınıp maddeyi dışarı attığında, gezegenin oluşum diskindeki madde miktarının zamanla azalması bekleniyor. LHS 3154b’nin kayalık çekirdeği yeterince erken oluşmuşsa, disk bu simülasyonlarda kullanılan malzeme yoğunluğu türlerine göre incelmeye başladıktan sonra bile malzeme yakalamaya devam edebilir.

Bu olasılıklardan hangisinin LHS 3154b’yi açıklamaya yardımcı olacağını görmenin en kolay yolu kırmızı cücelerin daha fazla gözlemlenmesidir. Bunlar bize başka benzer gezegenlerin olup olmadığını söylemeli ve belki de gezegeni oluşturan disklerde ne kadar malzeme bulunduğunu açıklamaya yardımcı olmalıdır.

Bilim, 2023. DOI: 10.1126/science.abo0233 (Dijital kimlikler hakkında).