Doğmakta olan gezegenin çevresindeki gaz girdabı ilk kez görüntülendi

Gezegenler neden bir diskin içinde doğar

Genç bir yıldız, kendisini doğuran bulutun artığı olan gaz ve tozdan yapılmış yassı bir çarkla çevrilidir. Buna protoplaneter disk denir — gezegenlerin hammaddesi buradadır. Toz taneleri çarpışıp birbirine yapışır, kilometre ölçeğine çıkar, sonunda kütleçekimiyle çevresindeki gazı toplayacak kadar ağır bir çekirdek oluşur. Bu noktadan sonra büyüme gazla olur: gezegen, kendi çevresinde ikinci ve çok daha küçük bir çark kurar. Buna çevregezegen diski, üzerinden madde indirmesine ise yığılma (akresyon) denir. Yıldızın çevresindeki büyük çarkın minyatür bir kopyası gibi düşünülebilir.

Büyüyen gezegen aynı zamanda içinde yüzdüğü diski de bozar: yörüngesi boyunca gazı ve tozu süpürür, geriye boş bir şerit kalır. Son on yılda ALMA'nın çektiği halkalı, boşluklu disk görüntüleri hep bu nedenle heyecan yarattı. Ama boşluğun kendisi gezegen demek değildir; benzer desenleri toz tanelerinin buz sınırları, manyetik etkiler ya da diskin kendi kararsızlıkları da üretebiliyor. Asıl kanıt, gezegenin kendisini ve gazın onun çevresindeki hareketini görmek.

İki gezegen, bir boşluk ve bir oyuk

WISPIT 2 — katalog adıyla TYC 5709-354-1 — Kartal takımyıldızı yönünde, yaklaşık 430 ışık yılı uzakta. Yıldız Güneş kütlesine yakın ama çok genç: yaş tahmini 5 milyon yıl dolayında, yani henüz anakol öncesi evrede. Sistemin iki gezegeni 2023'ten itibaren Çok Büyük Teleskop'un (VLT) SPHERE aygıtı ve Magellan Teleskobu'ndaki MagAO-X ile saptandı. İçteki WISPIT 2c diskin orta bölgesini tamamen süpürüp bir oyuk açmış; dıştaki WISPIT 2b ise kendi yörüngesinde dar bir boşluk oymuş durumda.

Tablodaki değerler, çalışmanın yayımlandığı makalelerden ve enstitü duyurusundan alındı. Karşılaştırma için: Neptün Güneş'ten 30 astronomi birimi uzaktadır, yani WISPIT 2b yıldızına Neptün'ün Güneş'e olan uzaklığının neredeyse iki katı mesafede dolanıyor.

Gazın döndüğünü nasıl anlıyorsunuz?

ALMA, gözle görünür ışık değil milimetre dalgalarıyla çalışır ve diskteki karbon monoksit (CO) molekülünün belirli bir ışıma çizgisini ölçer. CO, diskin asıl bileşeni olan hidrojenin izini sürmeye yarayan bir işaretçi gibidir. Çizginin dalga boyu, ışıyan gazın bize yaklaşıp uzaklaşmasına göre kayar — Doppler etkisi. Böylece her noktanın hızı okunabilir; görüntülerde yaklaşan gaz maviye, uzaklaşan kırmızıya boyanır.

WISPIT 2b'nin bulunduğu yerde hız haritası tam da beklenen biçimde yarılıyor: gezegenin bir yanındaki gaz bize doğru, öbür yanındaki gaz bizden uzağa gidiyor. Makalede bu desen "yıldırım biçimli" diye tanımlanan bir kinematik gezegen imzası olarak raporlandı ve doğrudan görüntülenmiş bir ötegezegenle eşleştirilen ilk kinematik imza olduğu belirtildi. Benisty, enstitü duyurusunda şöyle diyor: "Her iki gezegenin de çevresini biçimlendirdiğini açıkça görüyoruz. WISPIT 2c bir oyuk, WISPIT 2b ise bir boşluk oymuş." Girdap için de şu cümleyi kullanıyor: "WISPIT 2b'nin çevresinde, disk-gezegen etkileşimi simülasyonlarının öngördüğü ama daha önce gerçekten hiç görülmemiş gaz burgaçları buluyoruz."

Çözünürlük bu işin anahtarı. Ekip süreklilik ışımasını 19×13 milisaniye-yay, CO çizgisini 67×52 milisaniye-yay ölçeğinde haritaladı. Aynı veri setinin Stefano Facchini öncülüğündeki ikinci makalesinde toz halkası 25×17 milisaniye-yay — o uzaklıkta yaklaşık 3,3×2,2 astronomi birimi — ayrıntıyla görüntülendi. Yani gezegenin kütleçekiminin baskın olduğu bölgenin, Hill küresinin içine girecek kadar yakınlaşıldı.

Bulunamayan şey de bir sonuç

Tablonun tamamlanmış görünen yanı şu: aynı gezegen MagAO-X ile H-alfa ışığında da yakalanmıştı; bu, üzerine düşen gazın ısınmasından doğan bir işaret, yani gezegenin hâlâ büyüdüğünü gösteriyor. Böylece WISPIT 2b, diskiyle, kendisiyle, büyüdüğüne dair kanıtla ve çevresindeki gaz hareketiyle dört ayrı yönden belgelenmiş ilk gezegen oldu. Diski içinde doğrudan görüntülenmiş onaylı gezegene sahip ikinci yıldız olması da bu veriyi ayrıca değerli kılıyor; ilki, 2018'de SPHERE ile görüntülenen PDS 70 sistemiydi.

Buna karşılık beklenen bir ayrıntı çıkmadı. Facchini ve ekibi, gezegenin çevresinde milimetre dalgalarında ışıyan bir toz yoğunlaşması bulamadı: 3 sigma düzeyinde yaklaşık 45 mikrojansky'lik bir üst sınır koyuyorlar ve PDS 70c çevresinde görülene benzer bir çevregezegen diski ışımasını dışlıyorlar. Yani gaz dönüyor, gezegen büyüyor, ama o gazın çevresinde toplandığı toz diski milimetre dalgalarında görünmüyor. Bu, çevregezegen disklerinin ya çok küçük ya da milimetre boyutundaki toz bakımından beklenenden yoksun olabileceği anlamına geliyor.

Belirsizlikler nerede

Makalenin kendisi en önemli çekinceyi yazıyor: gezegenin konumundaki ışımayı tek bir nedene bağlamak henüz mümkün değil. Sarmal izin katkısı, gezegenin çevresindeki gazı ısıtması ve olası bir çevregezegen diski birlikte aynı deseni üretiyor olabilir; bunları ayırmak için daha yüksek tayfsal çözünürlük, yani hızları daha ince dilimleyen gözlemler gerekiyor.

İkinci sınır, sistemin tipik olmaması. WISPIT 2b yıldızından 57 astronomi birimi uzakta dolanıyor; bilinen ötegezegenlerin ezici çoğunluğu yıldızlarına bundan çok daha yakın. Dolayısıyla bu girdabın, örneğin Jüpiter'in Güneş'e olan uzaklığında doğan bir gezegen için de aynı biçimde geçerli olduğunu varsaymak için elde veri yok. Üstüne, sistemin merkezinde tek yıldız değil 4,8 günlük yörüngeyle dolanan bir çift bulunduğu 2026'da anlaşıldı — diskin uzun vadeli evrimi açısından hesaba katılması gereken bir ayrıntı.

Üçüncüsü, sistemin gezegen defteri kapanmış değil. ALMA verisini CO gaz boşlukları ve kinematik imzalar açısından inceleyen Nienke van der Marel öncülüğündeki ayrı bir çalışma, dış diskte beklenen eksantrikliğin görülmemesini açıklamak için üçüncü bir gezegen olasılığını öneriyor. Bu makale Nature Astronomy'ye sunuldu; yani henüz hakem sürecinden geçmiş bir sonuç olarak aktarılamaz.

Yukarıdaki animasyon, Avrupa Güney Gözlemevi'nin (ESO) kendi kanalında yayımladığı yakınlaşma videosu: geniş gökyüzü görüntüsünden başlayıp VISTA teleskobunun kızılötesi karesine, oradan VLT'nin disk ve gezegen görüntüsüne iniyor.

Sırada ne var

Facchini'nin duyuruda söylediği cümle, bu işin asıl hedefini özetliyor: "Umarız böyle gözlemler, gökbilimcilere diskteki hangi yapıların bir protoplanetin varlığına işaret ettiğini, hangilerinin etmediğini ayırt etmeyi öğretir." ALMA'nın arşivinde halkalı, boşluklu onlarca disk var ama bunların kaçında gerçekten bir gezegen olduğu bilinmiyor. WISPIT 2, hem gezegeni hem gazın tepkisini aynı yerde gösterdiği için bir ölçü çubuğu işlevi görebilir: bundan sonra benzer bir hız deseni görülen her diskte "burada bir gezegen olmalı" demek biraz daha az tahmin, biraz daha fazla ölçüm olacak.

Açık soru ise daha temel: bu kütlede bir gezegen 57 astronomi birimi uzakta nasıl oluştu? Yıldızlarından onlarca astronomi birimi uzakta duran dev gezegenlerin kökeni, gezegen oluşumu literatürünün uzun süredir tartıştığı başlıklardan biri; çekirdek-yığılma mı, diskin kendi kütleçekimiyle parçalanması mı sorusu bu uzaklıklarda hâlâ açık. Sistemin elimizdeki en iyi belgelenmiş gezegen doğumu olması, bu soruyu yanıtlamayı kolaylaştırmıyor; sadece soruyu artık somut bir nesne üzerinde sorabiliyoruz.

Fotoğraf: ESO/C. Lawlor, R. F. van Capelleveen et al., CC BY 4.0, Wikimedia Commons