Fotoğraf kredisi: NASA
Uzak bir yıldızın etrafındaki uzaylı gökbilimciler dört buçuk milyar yıl önce genç Güneş'i inceleselerdi, bu zararsız sarı yıldızın etrafında dönen yeni oluşturulmuş bir Dünya'nın belirtilerini görebilirler miydi? Scott Kenyon'a (Smithsonian Astrofizik Gözlemevi) ve Benjamin Bromley'e (Utah Üniversitesi) göre cevap evet. Dahası, bilgisayar modelleri, aynı işaretleri, şu anda Dünya büyüklüğündeki gezegenlerin şu anda genç dünyaları oluşturduğu yerleri bulmak için kullanabileceğimizi, bir gün kendi yaşamlarına ev sahipliği yapabileceğini söylüyor.
Kenyon ve Bromley gibi yeni doğan Dünyaları bulmanın anahtarı, gezegenin kendisini değil, karasal (kayalık) gezegen oluşumunun parmak izi olan yıldızın etrafında dönen bir toz halkası aramaktır.
Kenyon, “Bir toz halkası varsa, bir gezegen var” diyor.
İyi Gezegenleri Bulmak Zor
Güneş sistemimiz, genç Güneş'in etrafında dönen, protoplantary disk adı verilen dönen bir gaz ve toz diskinden oluşuyordu. Galaksimiz boyunca aynı malzemeler bulunur, bu nedenle fizik yasaları diğer yıldız sistemlerinin benzer şekilde gezegenler oluşturacağını tahmin eder.
Gezegenler yaygın olsa da, çok zayıf oldukları ve çok daha parlak bir yıldıza çok yakın oldukları için tespit edilmesi zordur. Bu nedenle, gökbilimciler varlıklarının dolaylı delillerini arayarak gezegen ararlar. Genç gezegen sistemlerinde, bu kanıt diskin kendisinde ve gezegenin oluştuğu tozlu diski nasıl etkilediğinde bulunabilir.
Büyük, Jüpiter boyutlu gezegenler güçlü yerçekimine sahiptir. Bu yerçekimi tozlu diski kuvvetle etkiler. Tek bir Jüpiter, diskteki halka şeklindeki bir boşluğu temizleyebilir, diski bükebilir veya diskte bir tekneden uyanma gibi bir desen bırakan konsantre toz yığınları oluşturabilir. Dev bir gezegenin varlığı, diskte 350 milyon yıllık yıldız Vega'nın etrafında görülen uyanık benzeri paterni açıklayabilir.
Diğer yandan, Dünya büyüklüğündeki dünyalar daha zayıf yer çekimine sahiptir. Diski daha zayıf bir şekilde etkilerler ve varlıklarının daha ince işaretlerini bırakırlar. Çözgü veya uyanıklık aramak yerine, Kenyon ve Bromley yıldız sisteminin kızılötesi (IR) dalga boylarında ne kadar parlak olduğunu görmenizi önerir. (Isı olarak algıladığımız kızılötesi ışık, görünür ışıktan daha uzun dalga boylarına ve daha az enerjiye sahip ışıktır.)
Tozlu diskleri olan yıldızlar IR'de disksiz yıldızlara göre daha parlaktır. Bir yıldız sistemi ne kadar çok toz tutarsa, IR'de o kadar parlak olur. Kenyon ve Bromley, gökbilimcilerin sadece bir diski algılamak için değil, aynı zamanda bu diskte Dünya büyüklüğünde bir gezegenin ne zaman oluştuğunu söylemek için IR parlaklıklarını kullanabileceğini gösterdiler.
Bromley, “Beklenen toz üretimi ve buna bağlı kızılötesi fazlalık seviyelerini ilk hesaplayan ve karasal gezegen oluşumunun gözlemlenebilir miktarda toz ürettiğini ilk gösteren bizdik” diyor.
Sıfırdan Gezegenler Oluşturma
Gezegenin oluşumunun en yaygın teorisi gezegenleri “sıfırdan” inşa etmeyi gerektirir. Pıhtılaşma teorisine göre, bir protoplantary diskteki küçük kayalık malzeme parçaları çarpışır ve birbirine yapışır. Binlerce yıl boyunca, küçük kümeler her seferinde bir avuç kar gibi bir kardan adam yapmak gibi daha büyük ve daha büyük kümelere dönüşür. Sonunda, kayalık kümeler o kadar büyür ki tam teşekküllü gezegenler haline gelirler.
Kenyon ve Bromley gezegen oluşum sürecini karmaşık bir bilgisayar programı kullanarak modelliyor. Hepsi merkezi bir yıldızın etrafında dönen 1 milimetrelik bir milyar gezegen boyutuna sahip bir protoplantary diski “tohumlar” ve gezegenlerin bu temel içeriklerden nasıl evrimleştiğini görmek için sistemi zaman içinde ileriye taşırlar.
“Simülasyonu olabildiğince gerçekçi hale getirdik ve hesaplamaları makul bir sürede tamamladık” diyor Bromley.
Gezegen oluşum sürecinin oldukça etkili olduğunu buldular. Başlangıçta, gezegenler arasındaki çarpışmalar düşük hızlarda gerçekleşir, bu nedenle çarpışan nesneler birleşme ve büyüme eğilimi gösterir. Tipik bir Dünya-Güneş mesafesinde, 1 kilometrelik nesnelerin 100 kilometrelik (60 mil) nesnelere dönüşmesi sadece yaklaşık 1000 yıl sürer. Bir başka 10.000 yıl, 1200 mil çapında bir protoplanet olmak için 10.000 yıl daha büyüyen 600 mil çapında protoplanetler üretiyor. Bu nedenle, Ay boyutlu nesneler 20.000 yıl gibi kısa bir sürede oluşabilir.
Disk içindeki gezegenler büyüdükçe ve daha büyük büyüdükçe, yerçekimi güçlenir. Birkaç nesne 600 mil büyüklüğüne ulaştığında, kalan daha küçük nesneleri “karıştırmaya” başlarlar. Yerçekimi daha küçük, asteroit boyutlu kaya parçalarını daha yüksek ve daha yüksek hızlara sapar. O kadar hızlı seyahat ederler ki, çarpıştıklarında birleşmezler - püskürürler, birbirlerini şiddetle parçalara ayırırlar. En büyük protoplanetler büyümeye devam ederken, kayalık gezegenlerin geri kalanı birbirlerini toza öğütür.
Kenyon, “Toz, gezegenin oluştuğu yerde, yıldızından aynı mesafede oluşuyor” diyor. Sonuç olarak, tozun sıcaklığı gezegenin nerede oluştuğunu gösterir. Venüs benzeri bir yörüngedeki toz, Dünya benzeri bir yörüngedeki tozdan daha sıcak olacak ve bebek gezegenin yıldızından uzaklığına bir ipucu verecektir.
Diskteki en büyük nesnelerin boyutu toz üretim hızını belirler. 600 mil protoplanetler oluştuğunda toz miktarı zirve yapar.
“Spitzer Uzay Teleskobu bu tür toz zirvelerini tespit edebilmelidir,” diyor Bromley.
Şu anda, Kenyon ve Bromley’nin karasal gezegen oluşum modeli, Venüs'ün yörüngesinden Dünya ve Mars'ın yaklaşık yarısına kadar olan güneş sisteminin sadece bir kısmını kapsıyor. Gelecekte, modeli Güneş'e Merkür kadar yakın ve Mars kadar uzak yörüngeleri kapsayacak şekilde genişletmeyi planlıyorlar.
Ayrıca Neptün yörüngesinin ötesinde küçük, buzlu ve kayalık nesnelerin bulunduğu bir bölge olan Kuiper Kuşağı'nın oluşumunu modellediler. Bir sonraki mantıklı adım Jüpiter ve Satürn gibi gaz devlerinin oluşumunu modellemektir.
Kenyon, “Güneş sisteminin kenarlarından başlayıp içe doğru çalışıyoruz,” diyor bir sırıtma ile. “Biz de kitlesel olarak yukarı doğru çalışıyoruz. Dünya bir Kuiper Kuşağı nesnesinden 1000 kat daha büyük ve Jüpiter Dünya'dan 1000 kat daha büyük. ”
“Nihai hedefimiz, tüm güneş sistemimizin oluşumunu modellemek ve anlamak.” Kenyon, bilgisayar hızı artmaya devam ettikçe, tüm güneş sisteminin simülasyonunu mümkün kıldığından, hedeflerine on yıl içinde ulaşılabileceğini tahmin ediyor.
Bu araştırma, Astrofizik Dergi Mektupları'nın 20 Şubat 2004 sayısında yayınlandı. Ek bilgi ve animasyonlara çevrimiçi olarak http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/ adresinden ulaşılabilir.
Merkezi Cambridge'de bulunan Mass., Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi, Smithsonian Astrofizik Gözlemevi ile Harvard College Gözlemevi arasında ortak bir işbirliğidir. Altı araştırma bölümüne ayrılmış olan CfA bilim adamları, evrenin kökenini, evrimini ve nihai kaderini inceliyorlar.
Orijinal Kaynak: CfA Haber Bülteni
