Varşova Üniversitesi Astronomi Gözlemevi’nden bilim insanları serbest gezegenlerin keşfinde kilit rol oynadı.
On yılın keşfi
Yeni bir dış gezegen sınıfının – serbest gezegenlerin – varlığını, Varşova Üniversitesi Astronomi Gözlemevi’nde yürütülen büyük ölçekli gökyüzü taraması OGLE ve Gaia uydusunun Gaia Science Alerts projesinden bilim insanlarının kilit rol oynadığı uluslararası bir astronomlar ekibi gösterdi.
1 Ocak’ta araştırmalarının sonuçları dünyanın en prestijli bilimsel dergilerinden biri olan “Science”da yayınlandı.
Dünya dışı dünyaların veya medeniyetlerin varlığı olasılığı yüzyıllardır insanlığı büyüledi. Ancak ancak 30 yıl önce Güneş’e benzer yıldızların çevresinde ilk dış gezegenler keşfedildi, bu da astronomide deneysel olarak yeni bir alan başlattı – dış gezegenlerin araştırılması.
Son on yıllarda inanılmaz hızlı gelişerek dünya dışı dünyaların giderek daha fazla sırrını açığa çıkardı ve Güneş Sistemimizin Evrende var olan birçok çeşitli gezegen sisteminden sadece biri olduğunu, mutlaka benzersiz olmadığını kanıtladı. Ancak keşfedilen tüm bu dünya dışı gezegenler doğal güneşleriyle yerçekimsel olarak bağlı sistemlerde, etraflarında yörüngede dönüyor.
Astronomlar uzun yıllardır gezegenlerin sadece bağlı sistemlerde var olamayacağını fark ettiler. Çeşitli süreçler sonucunda, örneğin gezegen sistemlerinin oluşumu sırasında diğer gezegenlerle yerçekimsel etkileşimler veya komşu yıldızların gezegen sisteminin yakınından geçişleri nedeniyle ana sistemlerinden koparılabilir ve yıldızlararası uzaya fırlatılabilirler.
Serbest gezegenler olarak adlandırılan bu yalnız gezegenler, hiçbir yıldızla bağlı olmadan Samanyolu’nda gezinebilir. Teorik tahminler bu tür gezegenlerin sayısının çok büyük olabileceğini ve hatta bağlı gezegenlerin sayısını aşabileceğini gösteriyor.
Mikromercekleme keşfin anahtarı
Serbest gezegenlerin varlığı olasılığı ve hatta onlarda bir şekilde yaşam olasılığı sadece bilim insanlarının değil, bilim kurgu yaratıcılarının da hayal gücünü ateşledi. Son yıllarda olayı tam da Samanyolu’nun sonsuz boşluklarını geçen yıldızlardan kopmuş bu yalnız gezegenler üzerinde geçen birçok edebi metin veya film senaryosu ortaya çıktı.
Peki kendi ışıkları yoksa (radyasyon yaymıyorlar) ve ana yıldızlarla etkileşime girmiyorlarsa bu tür gezegenleri nasıl keşfedebilir ve gerçekten var olduklarını kanıtlayabiliriz?
Burada ışığı mercekleyen nesnenin kütlesini ölçmeye olanak tanıyan yerçekimsel mikromercekleme tekniği yardıma geliyor. Pratikte mikromercekleme, uzak bir yıldızın ışığı mercek adı verilen daha yakın bir nesnenin yerçekimi tarafından büküldüğünde ve güçlendirildiğinde meydana gelir.
Etki mercek nesnesinin parlaklığına bağlı olmadığından, bu yöntem karanlık, parlamayan cisimlerin, yani mercek/gezegen ışık yaymasa bile tespit edilmesine olanak tanır. Mikromercekleme olayının süresi genellikle merceğin kütlesine bağlıdır. Gezegen kütleleri durumunda sadece birkaç-on birkaç saat kadar çok kısa.
2017’de OGLE projesinden astronomlar, Samanyolu merkezine doğru yaklaşık 50 milyon yıldızın birkaç yıllık yoğun gözlemlerine dayanan serbest gezegen aramaları sonuçlarını yayınladılar, bunlar arasında saatlerden yüzlerce güne kadar çeşitli zaman ölçeklerinde binlerce yerçekimsel mikromercekleme olayı keşfettiler.
Prestijli bilimsel dergi “Nature”da yayınlanan bu çığır açan çalışmanın ilk yazarı Dr. Przemysław Mróz: “Gözlemler serbest gezegenlerin gerçekten çok olması gerektiğini gösterdi, ancak önceki varsayımların aksine çoğunluğu Jüpiter kütlesi mertebesinde daha kütleli olanlar değil, düşük kütleli gezegenler olmalı.”
Adaylar
Kısa süre sonra serbest gezegenler için ilk umut verici adaylar keşfedildi.
Ne yazık ki, gezegenin kütlesinin doğrudan belirlenmesi için merceğin gözlemciden uzaklığı hakkında bilgi gereklidir, bu da Dünya’dan gözlem durumunda sadece istisnai, son derece nadir durumlarda mümkündür.
Bu nedenle keşfedilen nesneler aday olarak kaldı çünkü bilinmeyen uzaklıklarına bağlı olarak kütleleri ya daha büyük (hatta gezegen olarak kabul edilen nesnelerin kütlelerini aşan) ya da daha küçük olabilirdi.
Bugün artık yaklaşık bir düzine böyle aday biliyoruz. En az kütleli Mars kütlesine bile sahip olabilirdi.
Ancak serbest gezegenlerin varlığı, güçlü bir şekilde olası olmasına rağmen bugüne kadar kanıtlanmamış kaldı. Çünkü şimdiye kadar böyle bir nesnenin kütlesi doğrudan ölçülemedi ve yalnız nesnenin gerçekten bir gezegen olduğu ve örneğin uzun zamandır bilinen kahverengi cüceler gibi daha kütleli nesnelerden biri olmadığı doğrulanamadı.
3 Mayıs 2024 gözlemleri çığır açıcı oldu. Kore ağı KMTNet teleskopları (Avustralya, Güney Afrika ve Şili’de) ve Şili’deki Las Campanas Gözlemevi’nde bulunan OGLE projesi teleskopu aracılığıyla Galaksi merkezindeki parlak bir yıldızın kısa süreli yerçekimsel mikromercekleme olayı kaydedildi.
Konvansiyona göre KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516 tanımını aldı. Olayın bitiminden kısa süre sonra mikromercek parlaklık değişimlerinin şeklinin serbest bir mercek gezegen tarafından tahmin edilen değişimlere karşılık geldiği ortaya çıktı. Bu olay hemen serbest gezegen için umut verici adaylar grubuna katıldı.
Kısa süre sonra astronomlar bu mikromercekleme olayının bulunduğu gökyüzü bölgelerinin aynı zamanda 2014-2025 yıllarında tüm gökyüzünden 2 milyar yıldızın düzenli fotometrik gözlemlerini yapan Avrupa Uzay Ajansı’nın amiral gemisi Gaia uzay misyonu tarafından gözlemlendiğini fark ettiler.
Ancak bu uydu kısa süreli olayları gözlemlemek için uyarlanmamıştı çünkü aynı gökyüzü bölgelerini genellikle 30 günde bir ziyaret ediyordu. Ancak bir kez daha, bu özel durumda astronomlara inanılmaz şans güldü.
Uydu tam da yalnızca iki günlük olay sırasında gökyüzünün bu bölgesini gözlemlemekle kalmadı, ayrıca o anda özellikle avantajlı yörünge yerleşimi sonucunda 15 saat içinde mercek – potansiyel gezegen tarafından ışığın en büyük güçlenmesinin en önemli anlarında tam altı fotometrik gözlem topladı.
Gaia uydusu o sırada Dünya’dan yaklaşık 2 milyon km uzakta sözde Lagrange L2 noktasındaydı – uydulardan uzun süreli astronomik gözlemleri yürütmek için son derece uygun bir yer.
KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516 mikromercekleme olayının Dünya’dan ve uydundan eşzamanlı gözlemleri, sözde mikromercekleme paralaksını ölçerek uzaklığı ölçmek için benzersiz bir şans yarattı.
İlk serbest gezegen
Dünya yüzeyinden KMTNet ve OGLE projeleri teleskopları ve Gaia uydusundan uydu verileriyle toplanan gözlemlenen mikromercekleme olayının verilerinin analizi, 2 milyon km uzaklıktaki her iki gözlemevinden olayın seyrinin benzer olduğunu gösterdi.
Ancak Gaia uydusu tarafından kaydedilen olay Dünya’dakinden yaklaşık iki saat sonra meydana geldi. Bu, arka plan yıldızının ışığını odaklayan merceğe kesin mesafeyi ve mikromercekleme olayının parametrelerini belirlemeye olanak tanıdı, bu da sonuç olarak kütlesinin doğrudan kesin ölçümünü mümkün kıldı.
0,22 Jüpiter kütlesi veya 70 Dünya kütlesi, yani yerel Güneş Sistemimizden Satürn’ün kütlesinden biraz daha küçük gezegen kütlesi olduğu ortaya çıktı. Ayrıca gezegen çevresinde 20 astronomik birimden (Dünya-Güneş mesafesi) fazla yarıçapta potansiyel ana yıldızın varlığına dair hiçbir iz bulunamadı.
Bu nedenle büyük olasılıkla yeni keşfedilen nesnenin hiçbir yıldızla bağlı olmadığı – kesin olarak “tartılan” ilk serbest gezegen olduğu kabul edilebilir.
On yılın keşfi
Serbest bir gezegenin keşfi ve kütlesinin doğrudan belirlenmesi dış gezegen araştırması alanında çığır açıcı. Bu, tamamen yeni bir dış gezegen kategorisinin – son derece sayıca çok ve şimdiye kadar bilinmeyen gezegen nesneleri grubunun ilk tam belgelenmiş tespiti, bunların araştırılması dış gezegen sistemlerinin oluşumunu ve evrimini tam olarak anlamak için gerekli.
OGLE projesi lideri ve “Science” dergisindeki çalışmanın sorumlu yazarı Prof. Andrzej Udalski: “Bu ’90’lı yıllarda ilk belgelenmiş dış gezegenlerin keşfiyle karşılaştırılabilir ‘on yılın keşfi’. Astronomlar nihayet bu tür nesnelerin Evrende var olduğundan emin.”
İlk serbest gezegenin keşfi kuşkusuz bu gezegen kategorisinin daha yoğun araştırılması için güçlü bir itici güç olacak. 2026’da NASA Roman uydu misyonu fırlatılacak, ana hedeflerinden biri serbest gezegenlerin tespiti ve araştırılması olacak.
Bu misyon sırasında bu tür çok sayıda nesnenin keşfedilmesi ve karakterize edilmesi, özelliklerinin kesin olarak öğrenilmesine olanak tanıyacağı tahmin ediliyor. Bir sonraki uydu misyonu Çinli astronomlar tarafından hazırlanan 2028’de fırlatılacak Earth 2.0 uydusu, hedefi de serbest gezegen aramak olacak.
Bu nedenle birkaç yıl içinde Samanyolu’nda yalnız dolaşan bu gezegen nesnelerinin popülasyonunun ne kadar sayıca çok olduğunu tam olarak öğreneceğimiz için büyük şanslar var.