Cornell Üniversitesi ve Bristol Üniversitesi araştırmacılarının ortak yürüttüğü araştırma, James Webb Uzay Teleskobu’ndan (JWST) elde edilen verilerle bir ötegezegenin atmosferindeki düzensiz şekilleri ilk kez ayrıntılı biçimde ortaya çıkardı.

Haber Merkezi / Bulgular, gezegen atmosferlerinin kusursuz bir daire biçiminde değil, sıcaklık farklılıkları ve güçlü rüzgârların etkisiyle asimetrik bir yapıda olabileceğini gösteriyor.

Nature Astronomy dergisinde yayımlanan araştırmada, Dünya’dan yaklaşık 1.300 ışık yılı uzaklıkta bulunan ve “sıcak Jüpiter” sınıfında yer alan WASP-17b adlı ötegezegen incelendi. Araştırmacılar, gezegenin atmosferini farklı açılardan analiz etmeyi sağlayan ve “geçiş dizileri” olarak adlandırılan yeni bir yöntemi ilk kez uyguladı. Bristol Üniversitesi astrofizikçileri Dr. David Grant ve Dr. Hannah Wakeford tarafından geliştirilen bu yaklaşım, JWST’nin yüksek hassasiyetli gözlemlerinden yararlanarak gezegenin atmosferik yapısının daha ayrıntılı biçimde incelenmesine olanak tanıyor.

Araştırmanın başyazarı, Cornell Üniversitesi Klarman Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi Dr. Lili Alderson, elde edilen sonuçların gezegenlerin üç boyutlu yapısını gözlemsel olarak ortaya koyması bakımından önemli olduğunu belirterek, “Gezegenlerin aslında üç boyutlu nesneler olduğunun ve yıldızlarının etrafında dönerken öngördüğümüz özellikleri sergilediklerinin kanıtını elde ediyoruz. Ancak hesaplamalarla tahmin edilen bir yapıyı doğrudan gözlemlemek bambaşka bir deneyim.” ifadelerini kullandı.

Atmosferin yapısı sıcaklık ve rüzgârlarla şekilleniyor

Araştırmada WASP-17b’nin atmosferindeki kimyasal bileşim ve sıcaklık değişimleri de incelendi. Ekvator ile kutuplar ve gezegenin sürekli aydınlık olan gündüz tarafı ile karanlık gece tarafı arasındaki farklılıkları ortaya koyan sonuçların, teorik tahminler ve önceki modelleme çalışmalarıyla uyumlu olduğu belirlendi. Bu bulgular, bir ötegezegenin atmosferine ilişkin bugüne kadarki en kapsamlı üç boyutlu görünümlerden birini sunarken, doğrulanmış 6.000’den fazla ötegezegenin incelenmesi için de önemli bir karşılaştırma ölçütü oluşturuyor.

Araştırmanın ortak yazarlarından Bristol Üniversitesi Astrofizik Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Hannah Wakeford, elde edilen sonuçların önemine dikkat çekti. Wakeford, “Gezegenler değişken özelliklere sahip; atmosferleri karmaşık ve kaotik. Bütün bu verilerin bir araya gelerek 1.000 ışık yılından daha uzaktaki dev bir gezegenin bu kadar ayrıntılı ve dinamik bir görünümünü sunması gerçekten heyecan verici.” dedi.

Yeni yöntem atmosferi farklı açılardan inceliyor

Önceki araştırmalarda, JWST’nin yüksek hassasiyetinden yararlanılarak bir ötegezegenin ana yıldızının arkasına geçtiği sırada meydana gelen ışık değişimlerini ölçen “tutulma haritalama” tekniği kullanılmıştı. Yeni çalışmada uygulanan ve “geçiş haritalama” olarak da adlandırılan yöntem ise gezegenin yıldızının önünden geçişini izliyor. Bu sırada gezegenin atmosferinin kenarından süzülen yıldız ışığı, farklı açılardan analiz edilerek atmosferin yapısı hakkında ayrıntılı bilgi elde ediliyor.

Geleneksel yöntemlerde atmosferin kenarı boyunca elde edilen veriler ortalama bir spektrum oluşturmak için bir araya getirilirken, yeni yaklaşım atmosferin farklı bölgeleri arasındaki farklılıkların belirlenmesini sağlıyor. Böylece gezegenin atmosferik sınırının her noktada aynı yarıçapa sahip olduğu varsayımının ötesine geçilebiliyor.

Dr. Alderson, yöntemin sağladığı imkânı şu sözlerle açıkladı: “Atmosferin her noktasında aynı yarıçapa sahip bir daire bulunduğunu varsaymak yerine, gezegenin merkezinden kenarına kadar farklı uzaklıkları belirleyebiliyoruz. Başka bir deyişle, atmosferin kenarı boyunca ilerleyerek yapısal farklılıkları inceleyebiliyoruz. Artık yalnızca bir halkayı görmekle kalmıyor, o halkanın hangi noktalarında değerli taşlar bulunduğunu da anlayabiliyoruz.”

Gezegenin akşam tarafında atmosfer daha şişkin

Araştırmacılar, önceki teorik çalışmaların WASP-17b’de bulunmasını öngördüğü belirgin bir bölgeyi de tespit etti. Gezegenin ekvatorundaki akşam tarafında yer alan bu bölge, atmosferin diğer bölgelere kıyasla daha geniş olduğu bir alan olarak öne çıkıyor.

Bu farklılığın, gezegendeki güçlü rüzgârların ısıyı gündüz tarafından gece tarafına taşımasıyla ilişkili olduğu düşünülüyor. Isı taşınımı, atmosferin ekvatorun daha soğuk sabah tarafına kıyasla akşam tarafında daha fazla genişlemesine neden oluyor. Böylece geçiş haritalama yöntemi, WASP-17b’nin atmosferindeki sıcaklık ve yapı farklılıklarına ilişkin teorik öngörüleri gözlemsel olarak destekliyor.

Dr. Alderson, “Teori, gezegenin sabah ve akşam tarafları arasında belirgin bir sıcaklık farkı bulunmasını öngörüyor. WASP-17b’de gözlemlediğimiz sonuçlar bu beklentiyle son derece uyumlu; neredeyse tam olarak tahmin ettiğimiz tabloyla karşı karşıyayız.” değerlendirmesinde bulundu.

Ötegezegen iklimlerinin haritalanmasında yeni dönem

WASP-17b üzerinde gerçekleştirilen bu başarılı uygulamanın, gelecekte çok daha fazla ötegezegenin atmosferinin haritalanmasının önünü açması bekleniyor. Yöntem, yalnızca gezegenlerin gündüz ve gece tarafları arasındaki farklılıkları belirlemekle kalmayıp atmosfer koşullarını farklı enlemlerde de incelemeye imkân tanıyor. Bu yönüyle çalışma, ötegezegenlerin iklim sistemlerindeki hava durumu ölçeğindeki örüntülerin haritalanmasına yönelik önemli bir adım olarak değerlendiriliyor.

Dr. Wakeford, araştırmada kullanılan matematiksel modelin önemini vurgulayarak, “Bu kadar gelişmiş gözlem verilerine uygulayabildiğimiz sağlam bir matematiksel modele sahip olmak son derece heyecan verici. Elde edilen sonuçlar, bu çok boyutlu ve karmaşık dünyalarda meydana gelen dinamik süreçleri etkileyici biçimde ortaya koyuyor.” ifadelerini kullandı.

Araştırmada, JWST’nin Teleskop Bilim İnsanları Derinlemesine Ötegezegen Atmosferlerinin Çoklu Enstrüman Spektroskopisi Yoluyla Keşfi (TST DREAMS) programı kapsamında toplanan veriler analiz edildi. Çalışma; NASA, Birleşik Krallık Araştırma ve Yenilik Kurumu (UKRI) bünyesindeki Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi (STFC) ile Klarman Bursu tarafından desteklendi.