Şimdiye kadar ötegezegenlerden binlercesi keşfedildi ama bunların çoğu geçiş yöntemi gibi dolaylı yöntemler ile yapıldı. Teleskoplarla Mars’ı ya da Satürn’ü doğrudan gözlemlediğimiz gibi bu ötegezegenleri gözlemleyebilmek ve onları keşfedebilmek oldukça zordur. Bu nedenle Güneş’ten başka bir yıldızın yörüngesinde dolanan ve keşfedilmiş ötegezegenlerden biri olan 2M1207b’nin yukarıdaki görüntüsü özeldir. Çünkü kayıtlara bir ötegezegenin doğrudan gözlendiği ve ilk fotoğrafı olarak geçmiştir.
Genellikle biz ötegezegenleri yıldızlarının önünden geçerken izlenen ışıkta olan azalmadan varlıklarını belirleyebiliyoruz. Bu dolaylı yola nazaran doğrudan görüntüleme ise böyle bir yola gerek kalmadan bir ötegezegenin var olduğunu gösteren yegane kanıttır. Yukarıdaki görüntüde sol alt kısımda yer alan kırmızı leke bir ötegezegenden bize ulaşan ışığı gösterirken bu öte gezegen görüntüde merkezde yer alan 2M1207 kahverengi cücenin etrafında dolanıyor. 2M1207b doğrudan görüntülenen ve aynı zamanda bir kahverengi cücenin yörüngesinde keşfedilen ilk ötegezegen olmuştur. Bu görüntü ise 2004 yılında Avrupa Güney Gözlemevi’nin (ESO) Çok Büyük Teleskobu (VLT) tarafından elde edildi. Bir yıl süren gözlemler ile 2005 yılında bu ötegezegenin gezegensel kimliği ve karakteristikleri onaylanmış oldu. 2M1207b Jüpiter benzeri bir gezegendir hatta Jüpiter’den 5 kat daha fazla kütleye sahiptir. Dünya ile Güneş’in arasındaki uzaklığın 55 katı kadar bir mesafe ile kahverengi cücenin yörüngesinde dolanmaktadır. Bu mesafe öyle ki, Neptün’ün Güneş’ten uzaklığının neredeyse iki katı kadardır. Eldeki verilere göre bu sistemde kahverengi cücenin etrafında dolanan tek ötegezegen gibi görünüyor, dolayısıyla oldukça yalnız bir gezegen! 2M1207 gezegen sistemi bizden 230 ışık yılı uzaklıkta ve Hidra takımyıldızında yer almaktadır.
2M1207b’nin Keşfi ve Ötegezegenlerin Keşfinde Doğrudan Görüntüleme Yöntemi
Şimdiye kadar olan bilgimiz bize ötegezegenlerin doğrudan görüntülenmesinin oldukça zor olduğunu söyler. Onlarca ışık yılı uzaklıktaki parlak ve devasa yıldızların yörüngesinde dolanan görece küçük ve sönük gezegenleri uçsuz bucaksız evren içinde kolaylıkla kaybedebiliriz. Ancak buna rağmen günümüz teleskop teknolojisi ile birkaç ötegezegeni doğrudan görüntülemeyi başardık.
2004 yılının Temmuz ayında ESO’nun VLT’si kullanılarak bir grup gökbilimci tarafından Jüpiter’in 5 katı kadar kütleye sahip 2M1207 b adı verilen bir ötegezegen kahverengi bir cüce yıldızının yörüngesinde olduğu tespit edildi. Dünya’dan 230 ışık yılı uzaklıktaki bu olası gezegen sistemi sonraki yıl içerisinde 2M1207b’nin 2M1207 kahverengi cücenin etrafında bir yörüngeye sahip olduğunun doğrulanmasıyla onaylanmış oldu. Yukarıda verilen bu görüntü ise doğrudan görüntülenen ilk ötegezegenin görüntüsü olarak kayda geçti. Ancak, bu ötegezegenin doğrudan görüntülenmesi bazı şüpheciler için sorunlu olabilir. Soru işaretleri kahverengi cücelerin daha çok kendisinden ileri geliyor. Çünkü kahverengi cüceler ilk keşfedildiğinde ne yıldız ne de gezegen olarak sınıflandırılmışlardı. Onların hikayesi bir hayli ilginç. Bu gök cismi ömrünün belirli kısımlarında özellikle de ilk zamanlarında ışıma yayan ama bu ışıması Güneş’te olduğu gibi hidrojenin helyuma dönüşmesiyle bir füzyon reaksiyonu nedeniyle değil de içindeki maddenin kütleçekimin etkisiyle büzüşmesinden ileri gelir. Maddenin büzüşüp sıkışması ve ısınması, ısınarak ışıma yayması hâliyle onu bizim bildiğimiz yıldızlardan yapmıyor. Hatta başarısız yıldızlar olarak da anılıyorlar. Çünkü gerçek yıldızlar gibi onlar da yıldızlararası gaz bulutlarından medyana gelirler ama onları birer gerçek yıldız yapacak içlerindeki yakıtı nükleer tepkimelerle kullanamayacak kadar kütleleri azdır. Işıması da bildiğimiz yıldızlara kıyasla oldukça kısa sürer, birkaç milyon yıl kadar ışıma yapar ve zamanla görünür ışık dalga boyunda ışımasını yitirir.
Gezegenlerin yıldızlar etrafında bir yörüngede olmaları gerektiği ve 2M1207b’nin ömrü kısa bir kahverengi cücenin etrafında yörüngeye sahip olmasından dolayı keşfin ilk zamanlarında bazı şüpheciler ötegezegen olarak sınıflandırılmasını kabul etmemişlerdi. Bu tartışmanın aksine, 2M1207b dev gaz ötegezegeni ile ilgili araştırmalar devam etti. Son olarak, 2017’nin Şubat ayında yayınlanan bir çalışmada yeni bir görüntüleme yöntemi kullanılarak bu ötegezegenin Dünya’dan iki kat daha hızlı döndüğü ve yamalı bulutlara sahip olduğu keşfedildi.
ABD’deki Arizona Üniversitesi’nden gökbilimciler ilk defa bir ötegezegenin ilk doğrudan zaman-çözümlü görüntülerini aldılar. Yani belirli zaman aralıklarıyla bu ötegezegenin görüntülerini elde edip üzerinde inceleme yapılmış. Çalışmaları da The Astrophysical Journal‘da yayınlandı. Bu çalışma sonucunda 10 milyon yıl yaşında olan 2M1207b’den günlerin kısa, 11 saatten az olduğu ve sıcaklığının da 1426 santigrat derece olduğu belirlendi. Ayrıca gökten sıvı demir ve cam hâlinde yağmurların yağdığı düşünülüyor. Bu bulguları elde edebilmek için gökbilimciler Hubble Uzay Teleskobu’nun Geniş Alan Kamera 3’ün yüksek kontrast ve yüksek çözünürlük görüntüleme imkanlarıyla on saatlik arayla ötegezegenin toplam 160 görüntüsünü aldılar. Bu görüntüler ötegezegenin dönme periyodunun ve atmosfer özelliklerinin daha iyi anlaşılmasında yardımcı oldu.
Bu hâliyle, bir ötegezegenin zaman-çözümlü görüntülerinin alınmasında bu çalışmaya dek Hubble hiç kullanılmamıştı. Bir şekilde, 2M1207b hep ilklere denk geliyor. Dünya üzerindeki en büyük teleskobun bile 2M1207b kadar uzak bir gezegenin uygun bir fotoğrafını yakalayabilir durumda olmaması bilim insanlarını Hubble gibi bir uzay teleskobuna yöneltti.
Arizona’lı gökbilimciler bu görüntülerde parlaklığın zamanla değişimini incelediler ve aşağıdaki gibi bir grafik ortaya çıktı.
Credit: NASA, ESA, Y. Zhou (University of Arizona), and P. Jeffries (STScI)
Sözünü ettiğimiz yeni görüntüleme yöntemi de bu grafik üzerinden anlaşılabiliyor. Gezegen döndükçe on saat aralıklı gözlemlere göre gezegenin parlaklığında bir değişim söz konusu. Bu değişim ise gezegenin dönüşüyle birlikte kızılötesi radyasyon miktarını etkileyen bir şeylerin varlığına işaret ediyor. Bilim insanlarına göre bu parlaklığın değişiminin nedeni 2M1207b’nin üzerindeki yamalı bulutlar. Görünüşe göre çok uzaklardaki Süper Jüpiterimiz 2M1207b, Jüpiter gibi çizgili bulut desenlerine sahip.
Söz konusu bu çalışma, yeni görüntüleme yönteminin ötegezegenlerin bulut haritalarının elde edilmesinde Hubble ve yakında uzaya fırlatılacak Jamess Webb Uzay Teleskobu gibi uzay teleskoplarının kullanılabileceğini gösteriyor. Böylece bu gezegenlerin atmosferi, iklimi ve hava durumu hakkında aklımızda beliren sorulara aradığımız yanıtları bulabileceğiz.
2M1207b Doğrudan Görüntülenen Tek Ötegezegen Değildi
Şimdiye kadar doğrudan görüntüleme yöntemi ile 80’inin üzerinde ötegezegenin varlığı onaylanmış durumda. Bunlardan birkaçını hangi şartların olmasıyla doğrudan görüntülemenin mümkün olduğunu görmek amacıyla belirtmek istiyorum.
Fomalhaut b gezegeni. Credit: Hubble Uzay Teleskobu
2008 yılının Kasım ayında bir grup gökbilimci Hubble Uzay Teleskobu’nun yardımıyla Fomalhaut yıldızının yörüngesinde olan bir gezegeni görüntülediklerini duyurdular. Ancak yine bir olağan dışılık var. Bu defa, gerçekleştirilen keşif Fomalhaut’un etrafının kalın bir gaz ve toz diski ile çevrili olması sayesinde mümkün oldu. Diskin keskin iç kenarı gökbilimcilerine bir gezegenin yolu üzerindeki kalıntıları temizlediği ve aslında bunun onun bir yörüngeye sahip olduğuna işaret ettiğini öne sürmeleri için imkan verdi. Bu ipuçlarını takip eden gökbilimciler diske ait Hubble görüntülerinde Fomalhaut b adı verilen gezegenin yerini bulabildiler. Gezegenin Jüpiter’in kütlesinin iki katından daha fazlasına sahip olmayacağı öngörüldüğü için Hubble ile yapılan gözlemde görünmez kalması beklenirdi. Ancak bu civarda olan son derece parlak bir halka sisteminin varlığı nedeniyle onu bilim insanları gözlemleyebildi. Onlar, Fomalhaut b’nin Satürn’dekinden daha parlak ve daha kalın bir halka sistemi ile çevrelenmiş olduğunu düşünüyorlar.
HR 8799 yıldızı ve gezegenleri. Credit: Keck Gözlemevi
Fomalhout’un etrafındaki gezegenin görüntülendiği zamanlarda başka bir gökbilimci grubu HR 8799 yıldızının yörüngesinde olduğu düşünülen 3 gezegenin görüntülendiğini duyurdu. Görünür ışıkta görüntülenen Fomalhaut b’nin aksine bu üç gezegen kızılötesi dalgaboylarında tespit edildi. Bu defa gökbilimcilerin bu ötegezegenleri keşfetmesi gezegenlerin hâlâ ısı yayıyor yani oluşum aşamasında olması sayesinde gerçekleşti. HR 8799 yıldızının genç bir yıldız olması ve gezegenlerin etrafında halen oluşum aşamasında olmaları sonucu ısının birazının hala korunması sayesinde bu ısı kızılötesi aralıkta olduğu için onların tespit edilmesi mümkün oldu. Buna ilaveten, gezegenlerden yansıyan görünür bölgedeki ışığın yıldızın parlaklığıyla yutulması da gezegenlerin sadece ısısı onları kızılötesi spektrumda çok belirgin bir şekilde açığa çıkardı. Bu sisteme ait gözlemlerden oluşturulan aşağıdaki görüntü ilginizi çekecektir,
HR 8799 (merkez) with HR 8799e (sağ), HR 8799d (alt sağ), HR 8799c (üst sağ), HR 8799b (üst sol) Credit. Keck Gözlemevi
Sonuç olarak, bu üç ayrı keşif gösteriyor ki bugünün teknolojisiyle ötegezegenlerin doğrudan görüntülenmesi nadir olarak gerçekleşiyor ve bu olağan dışı durumlara bağlı olarak mümkün oluyor gibi.
Doğrudan Görüntüleme Ne Sağlar?
Bir gök cismini doğrudan görmek o gök cismini daha iyi detaylandırmamızı ve daha doğru bir şekilde hakkında bilgi edinmemizi sağlar. Bu konuda en iyi örnek Plüton. Çünkü Yeni Ufuklar uzay aracının Plüton’a olan en yakın geçişi hafızalarımızda bir parça hâlâ taze. Yeni Ufuklar’ın Plüton’a her bir adım yaklaştıktan sonra Plüton’un zihnimizde nasıl belirdiğini ve şekillendiğini hatırlayalım. Yaklaştıkça kalp görünümlü büyük bir platonun varlığı Yeni Ufuklar misyonuna olan dünyanın ilgisini bir hayli artırmıştı. Ötegezegenler konusunda ise bir ötegezegeni “görmek” aynı zamanda onun var olduğuna dair kanıt da olacaktır. Geçiş yöntemi ile sadece ana yıldızda oluşan ışık azalmasından yola çıkarak bir ötegezegenin varlığından söz etmekle görünür ışıkta veya kızılötesi dalgaboylarında doğrudan görüntüleme ile artık bu ötegezegen var diyebilmek arasında daha cezbedici olan bir fark vardır.
Nadir durumlarda olsa da doğrudan görüntüleme mümkün olduğunda, bu bilim insanlarına gezegen hakkında değerli bilgiler sağlayabilir. Fomalhaut b’nin durumunda, gezegenin gezegen oluşum diski ile etkileşmesi ve kütlesinden dolayı kızılötesinde görünmez olması ve onun olağanüstü parlaklığı bilim insanlarının bu gökcisminin büyük bir halka sistemi ile çevrelenmiş olduğu teorisine yönlendirdi. HR 8799 yıldızı durumunda, gezegen oluşum modelleri ile birleştirilen cisimlerden gelen kızılötesi radyasyon gezegenlerin kabaca kütlesi hakkında bir tahmin yapmamızı sağlar.
Açıkça görülen nedenlerden dolayı, doğrudan görüntüleme yıldızlarından çok uzakta yörüngeye sahip gezegenler ve gezegen sistemleri için en iyi sonucu verir. Buna rağmen, günümüz gözlem teknolojisi ile doğrudan görüntülemenin çok nadir durumlarda mümkün olduğunu unutmamak gerekir. Sadece doğru koşullar oluştuğunda başarılı gibi görünüyor. Bu can sıkıcı sınırlamalar yüzünden doğrudan görüntüleme yeni ötegezegenlerin keşfi için günümüzde iyi bir aday yöntem değildir. Öngörülebilir bir gelecek için ise bu bir ölçüde değişebilir. Güçlendirilmiş teleskopların geliştirilmesiyle doğrudan görüntülenerek keşfedilen dev gaz ötegezegenlerin sayısında bir artış görebiliriz.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Referanslar:
https://palereddot.org/directly-imaging-exoplanets/
http://www.planetary.org/explore/space-topics/exoplanets/direct-imaging.html
https://www.eso.org/public/images/26a_big-vlt/
http://www.thelivingmoon.com/43ancients/02files/Extra_Solar_Planet_2M1207b.html
http://research.arizona.edu/stories/hubble-first-ua-astronomers-take-images-exoplanet-changing-over-time
https://en.wikipedia.org/wiki/Brown_dwarf
http://www.kozmikanafor.com/kahverengi-cuce-nedir-nasil-bir-seydir/
https://tr.wikipedia.org/wiki/Güneş_dışı_gezegen
J. Schneider et al. “The Far Future of Exoplanet Direct Characterization“, Astrobiology 10, 121-126 (2010).
