Potansiyel olarak yaşanabilir dış gezegenleri araştırırken, gökbilimcilerin aradıkları en önemli şeylerden biri, güneşdışı gezegen adaylarının yıldızlarının yaşanabilir bölgelerinde yörüngede olup olmadıklarıdır. Bu, bir gezegenin yüzeyinde sıvı suyun olması için gereklidir, bu da bildiğimiz gibi yaşam için bir ön koşuldur. Bununla birlikte, yeni dış gezegenleri keşfetme sürecinde, bilim adamları “su dünyaları” olarak bilinen aşırı bir durumun farkında oldular.
Su dünyaları aslında kütle olarak% 50'ye kadar su olan gezegenlerdir, bu da yüzlerce kilometre derinliğinde yüzey okyanuslarına yol açar. Princeton, Michigan Üniversitesi ve Harvard'dan bir astrofizik ekibi tarafından yapılan yeni bir araştırmaya göre, su dünyaları çok uzun süre sularına dayanamayabilir. Kozmosun boynundaki yaşanabilir gezegenlerin avı söz konusu olduğunda bu bulgular çok önemli olabilir.
“Su Dünyalarının Atmosferik Kayıplarla Dehidrasyonu” başlıklı bu son araştırma, yakın zamanda Astrofizik Dergi Mektuplarında yayınlandı. Princeton Üniversitesi Astrofizik Bilimleri Bölümü'nden Chuanfei Dong tarafından yönetilen ekip, su dünyalarının ne tür koşullara tabi olacağını dikkate alan bilgisayar simülasyonları gerçekleştirdi.
Bu çalışma büyük ölçüde, son yıllarda düşük kütleli, M tipi (kırmızı cüce) yıldız sistemleri etrafında yapılan güneşdışı gezegen keşiflerinin sayısıyla motive olmuştur. Bu gezegenlerin boyutlarının Dünya ile karşılaştırılabilir olduğu bulunmuştur - bu da muhtemelen karasal (yani kayalık) olduklarını gösterdi. Ayrıca, bu gezegenlerin çoğunun - Proxima b ve TRAPPIST-1 sistemi içindeki üç gezegen gibi - yıldızların yaşanabilir bölgelerinde yörüngede kaldığı bulundu.
Bununla birlikte, daha sonraki çalışmalar, Proxima b ve kırmızı cüce yıldızların etrafında dönen diğer kayalık gezegenlerin aslında su dünyaları olabileceğini gösterdi. Bu, astronomik araştırmalar tarafından elde edilen kitle tahminlerine ve bu gezegenlerin doğada kayalık olduğu ve büyük atmosferlere sahip olmadıklarına dair yerleşik varsayımlara dayanıyordu. Aynı zamanda, bu gezegenlerin sularına dayanıp dayanamayacağı konusunda şüphe uyandıran çok sayıda çalışma yapılmıştır.
Temel olarak, her şey yıldız türüne ve gezegenlerin yörünge parametrelerine gelir. Uzun ömürlü, kırmızı cüce yıldızların Güneş'imize kıyasla değişken ve dengesiz oldukları bilinir, bu da zaman içinde bir gezegenin atmosferini değiştirecek periyodik parlamalara neden olur. Bunun da ötesinde, kırmızı bir cücenin yaşanabilir bölgesinde yörüngede dönen gezegenlerin gelgit kilitli olması muhtemeldir, yani gezegenin bir tarafı sürekli olarak yıldızın radyasyonuna maruz kalacaktır.
Bu nedenle, bilim adamları, farklı yıldız sistemlerindeki gezegenlerin ne kadar iyi bir şekilde bulunduğunu belirlemeye odaklanmış durumda. Dr. Dong'un Space Magazine'e e-posta yoluyla söylediği gibi:
“Bir atmosferin varlığının bir gezegenin yaşanabilirliği için şartlardan biri olarak algılandığını söylemek doğru. Bunu söyledikten sonra, yaşanabilirlik kavramı, sayısız faktör içeren karmaşık bir kavramdır. Bu nedenle, bir atmosfer tek başına yaşanabilirliği garanti etmek için yeterli olmayacaktır, ancak bir gezegenin yaşanabilir olması için önemli bir bileşen olarak kabul edilebilir. ”
Bir su dünyasının atmosferine tutunup dayanamayacağını test etmek için ekip, çeşitli olası senaryoları dikkate alan bilgisayar simülasyonları gerçekleştirdi. Bunlar, yıldız manyetik alanların, koronal kitle enjeksiyonlarının ve G-tipi yıldızlar (Güneşimiz gibi) ve M tipi yıldızlar (Proxima Centauri ve TRAPPIST-1 gibi) dahil olmak üzere çeşitli yıldız türleri için atmosferik iyonizasyon ve fırlatma etkilerini içeriyordu.
Bu etkileri açıklayan Dr.Dong ve meslektaşları, güneşdışı gezegenlerin ne kadar süreceğini simüle eden kapsamlı bir model oluşturdu. Açıkladığı gibi:
“Yeni bir çok akışkanlı manyetohidrodinamik model geliştirdik. Model hem iyonosfer hem de manyetosferi simüle etti. Dipol manyetik alanının varlığı nedeniyle, yıldız rüzgarı atmosferi doğrudan süpüremez (küresel bir dipol manyetik alanın olmaması nedeniyle Mars gibi), bunun yerine atmosferik iyon kaybına kutupsal rüzgar neden olmuştur.
“Elektronlar ana iyonlarından daha az masiftirler ve sonuç olarak gezegenin kaçış hızına kadar ve ötesinde daha kolay hızlanırlar. Kaçan, düşük kütleli elektronlar ve önemli ölçüde daha ağır, pozitif yüklü iyonlar arasındaki bu yük ayrımı, bir polarizasyon elektrik alanı oluşturur. Bu elektrik alan da, pozitif yüklü iyonları kaçan elektronların arkasındaki kutup kapaklarındaki atmosferden çekmeye çalışır. ”
Buldukları şey, bilgisayar simülasyonlarının mevcut Dünya-Güneş sistemiyle tutarlı olmasıydı. Bununla birlikte, bazı aşırı olasılıklarda - M tipi yıldızların etrafındaki dış gezegenler gibi - durum çok farklıdır ve kaçış oranları bin kat daha fazla veya daha fazla olabilir. Sonuç, bir su dünyasının bile kırmızı bir cüce yıldızın yörüngesinde dönmesi durumunda, yaklaşık bir milyar yıl (yaklaşık bir gigayear) sonra atmosferini kaybedebileceği anlamına gelir.
Yaşamın bildiğimiz gibi 4.5 milyar yıl evrim geçirdiğini düşünürsek, bir milyar yıl nispeten kısa bir pencere. Aslında, Dr. Dong'un açıkladığı gibi, bu sonuçlar M-tipi yıldızların yörüngesindeki gezegenlerin yaşamı geliştirmek için zorlanacağını göstermektedir:
“Sonuçlarımız, iyon kaçış oranları çok düşük olduğundan okyanus gezegenlerinin (Güneş benzeri bir yıldızın etrafında dönen) atmosferini Gyr zaman ölçeğinden çok daha uzun süre koruyacağını gösteriyor, bu nedenle yaşamın bu gezegenlerden kaynaklanması için daha uzun bir süreye izin veriyor ve karmaşıklık açısından gelişir. Buna karşılık, M-cücelerin yörüngesindeki dış gezegenler için, gezegenlerin yakın yaşanabilir bölgelerde deneyimlediği daha yoğun parçacık ve radyasyon ortamları nedeniyle okyanuslarını Gyr zaman ölçeğinde tüketebilirlerdi. Atmosfer Gyr'den daha az zaman ölçeğinde tükenecek olsaydı, bu, gezegendeki yaşamın kökeni (abiogenesis) için sorunlu olabilir. ”
Bir kez daha, bu sonuçlar kırmızı cüce yıldız sistemlerinin potansiyel yaşanabilirliği konusunda şüphe uyandırdı. Geçmişte, araştırmacılar, 10 trilyon yıl veya daha uzun süre ana dizilerinde kalabilen kırmızı cüce yıldızların uzun ömürlülüğünün, onları yaşanabilir dış gezegenleri bulmak için en iyi aday haline getirdiğini belirtmişlerdir. Bununla birlikte, bu yıldızların stabilitesi ve atmosferlerinin gezegenlerini soyma olasılıkları aksini gösteriyor gibi görünüyor.
Bu tür çalışmalar bu nedenle, kırmızı bir cüce yıldızın etrafındaki potansiyel olarak yaşanabilir bir gezegenin potansiyel olarak yaşanabilir kalmasının ne kadar sürdüğünü ele almaya yardımcı olmaları açısından son derece önemlidir. Dong belirtti:
“Gezegensel yaşama kabiliyeti üzerindeki atmosferik kaybın önemi göz önüne alındığında, bu gezegenlerin atmosferlere sahip olup olmadığını ve eğer öyleyse kompozisyonlarının nasıl olduğunu belirlemek için yaklaşan James Webb Uzay Teleskopu (JWST) gibi teleskopların kullanılması büyük ilgi gördü. . JWST'nin bu atmosferleri (varsa) karakterize edebilmesi beklenir, ancak kaçış oranlarını doğru bir şekilde ölçmek çok daha yüksek bir hassasiyet derecesi gerektirir ve yakın gelecekte mümkün olmayabilir. ”
Çalışma, Güneş Sistemi ve evrimi konusundaki anlayışımız açısından da önemlidir. Bir zamanlar, bilim adamları hem Dünya'nın hem de Venüs'ün su dünyaları olabileceğini düşündüler. Çok sulu olmaktan bugün olduklarına geçişi nasıl gerçekleştirdiler - Venüs durumunda, kuru ve cehennem; ve Dünya için, birden fazla kıtaya sahip olmak - çok önemli bir sorudur.
Gelecekte, bu rakip teorilere ışık tutmaya yardımcı olabilecek daha ayrıntılı anketler yapılması beklenmektedir. James Webb Uzay Teleskopu (JWST) 2018 Baharında konuşlandırıldığında, güçlü kızılötesi yeteneklerini yakınlardaki kırmızı cücelerin etrafındaki gezegenleri incelemek için kullanacak, Proxima b bunlardan biri. Bu ve diğer uzak gezegenler hakkında öğrendiklerimiz, kendi Güneş Sistemimizin de nasıl geliştiğine dair anlayışımızı bilgilendirmek için uzun bir yol kat edecek.
