Güneş gençken bir süper Dünya'yı yutmuş olabilir: İzmir'den çıkan model ve berilyum izi

Aynı günlerde Brezilya'daki São Paulo Üniversitesi'nden bir ekip de başka bir yıldızın geçmişte kayalık bir gezegen yuttuğunu gösteren kimyasal bir parmak izi yayımladı. İki çalışma aynı sorunun iki ucunu tutuyor: Yıldızlar gezegen yer mi, yerse bunu nasıl anlarız?

Güneş modellerinin iki eski baş ağrısı

Gökbilimciler Güneş'in iç yapısını, yüzeyindeki titreşimleri inceleyerek ölçüyor. Bu yönteme helyosismoloji deniyor; yer bilimcilerin sismik dalgalarla Dünya'nın içini görmesine benzer biçimde, Güneş'in içinde yol alan ses dalgaları katmanların yoğunluğunu ve sıcaklığını ele veriyor. Sorun şu ki standart Güneş modelleri bu ölçümlerle tam örtüşmüyor. Özellikle konveksiyon bölgesinin, yani sıcak plazmanın kaynayan su gibi yukarı aşağı döndüğü dış katmanın hemen altında sesin hızı modellerin öngördüğünden farklı çıkıyor. Bu bölgenin derinliği de hesaplarla uyuşmuyor.

İkinci baş ağrısı lityum. Güneş'in yüzeyinde bu hafif elementten beklenenden çok daha az var. Universe Today'in aktardığına göre, Güneş'in doğduğu bulutsuda bugün yüzeyde görülenin yaklaşık yüz katı lityum bulunduğu düşünülüyor.

Yıldız, Kraliyet Astronomi Derneği'nin (RAS) duyurusunda bu noktadan yola çıktığını anlatıyor: "Bu sorunların Güneş'in erken kimyasal geçmişinde ortak bir kökeni olup olamayacağını merak ettik." Genç yıldızların çevresindeki gezegen öncesi disklerde malzemenin yıldız ile disk arasında gidip geldiğini hatırlatan Yıldız, gezegenlerin diskteki gazdan kimyasal olarak farklı olduğunu, bu yüzden erken dönemde yutulan bir gezegenin genç Güneş'in içinde kimyasal bir imza bırakmış olabileceğini düşündüklerini söylüyor.

Model ne diyor?

Çalışmada yıldız evrimi hesaplarında yaygın kullanılan açık kaynaklı MESA yazılımıyla, Güneş'in henüz ana kol evresine girmediği dönemde metalce zengin malzeme (gökbilimde helyumdan ağır her element "metal" sayılır) yutması canlandırılmış. Ardından gezegen oluşumuna eşlik eden, metalce fakir disk malzemesinin birikmesi de hesaba katılmış.

Makalenin özetine göre helyosismik verilere en iyi uyan model, yaklaşık 5,6 Dünya kütlesinde bir süper Dünyanın yutulmasını öngörüyor; benzer başarılı modeller 5 ile 10 Dünya kütlesi arasını gösteriyor. Yutulan malzeme konveksiyon bölgesinin hemen altına çöküyor ve orada yerel bir ağır element fazlalığı oluşturuyor. Bu fazlalık ışığın içeriden geçişini zorlaştırıyor, yani iç katmanların dengesini değiştiriyor.

Lityum tarafında da model bir koşulla çalışıyor: Yutulan gezegen lityumca fakirse ve kütlesi 4,6 ile 5,8 Dünya kütlesi arasındaysa, bugünkü düşük lityum düzeyi yeniden üretilebiliyor. Yıldız, RAS'a yaptığı açıklamada en çok şaşırdıkları şeyin hesapların bu kadar belirli bir kütle aralığında buluşması olduğunu söylüyor.

Akla gelen ilk itiraz, modele yeni bir ayar eklemenin uyumu her durumda iyileştireceği. Makale bunu da sınamış: Gezegen yutmadan, yalnızca karışım ayarlarıyla oynanan kontrol modelleri uyumu kısmen iyileştiriyor; istatistik ölçütü olan Bayes Bilgi Kriteri'ne göre de iyileşme yalnızca modelin esnekleşmesiyle açıklanamıyor. Yıldız ayrıca kayalık, sıkı yapılı bir gezegenin Güneş'in dış katmanlarını geçerken çok az kütle kaybedeceğini hesaplamış.

Fikrin kökü on yıl öncesinde

Süper Dünyaların Güneş'e düşmüş olabileceği fikri yeni değil. RAS'ın duyurusunda hatırlatıldığına göre Martin ve Livio 2016'da, bir ya da birkaç süper Dünyanın Merkür'ün yörüngesinin içinde oluşup gaz diski içinde içeri doğru göç ederek genç Güneş'e düşmüş olabileceğini öne sürmüştü. Yıldız farkı şöyle özetliyor: "Önceki çalışma bir süper Dünyanın oluşup genç Güneş'e göç edebileceğini öne sürdü. Bizim makalemiz ise Güneş'in bu yutmanın gerçekten yaşandığına dair gözlenebilir bir kanıtı hâlâ taşıyıp taşımadığını soruyor; taşıyabileceğine inanıyoruz."

Öteki yüz: Berilyum ele veriyor

Güneş'in yalnız oluşu işi zorlaştırıyor; onu karşılaştırabileceğimiz bir ikizi yok. Başka yıldızlarda ise doğa hazır bir deney düzeneği sunuyor: çift yıldızlar. Aynı gaz bulutundan aynı anda doğan iki yıldızın kimyasal bileşiminin neredeyse aynı olması beklenir. Biri ötekinden belirgin biçimde farklıysa, sonradan bir şey olmuş demektir.

São Paulo Üniversitesi'nden doktora öğrencisi Anne Rathsam ve danışmanı Jorge Meléndez'in yürüttüğü, Astronomy & Astrophysics dergisinde yayımlanan çalışma tam da böyle bir çifti inceledi: Güneş benzeri HD 129171 ve HD 129209. Ekip, Avrupa Güney Gözlemevi'nin Şili'deki Çok Büyük Teleskobu'na (VLT) bağlı UVES spektrografının verileriyle iki yıldızın ışığını element element karşılaştırdı.

Sonuç: HD 129171, eşine göre demir, magnezyum, silisyum, kalsiyum ve titanyum gibi "refrakter" elementlerce, yani yüksek sıcaklıkta katılaşıp kayalık gezegenleri oluşturan elementlerce zengin. Makaleye göre iki yıldız arasında demir oranında 0,12 dex, lityumda 1,00 dex, berilyumda 0,20 dex fark var (dex, logaritmik bir ölçü; 1 dex on kat demek). Bu desen, yaklaşık 11,2 Dünya kütlesinde kayalık malzemenin yutulduğu bir modelle makul biçimde açıklanıyor.

Neden lityum değil de berilyum?

Lityum, berilyum ve bor evrenin kimya tarihinde istisnadır. Meléndez'in FAPESP ajansına anlattığına göre diğer elementler ya Büyük Patlama'nın ilk dakikalarında ya da yıldızların çekirdeğindeki füzyonla oluşurken, berilyum ve bor esas olarak "kozmik parçalanma" denen süreçte, yüksek enerjili parçacıkların karbon, azot, oksijen gibi ağır çekirdekleri kırmasıyla ortaya çıkar. Yani bir yıldız kendi içinde berilyum üretmez. Yüzeyinde fazladan berilyum görülüyorsa, bu dışarıdan gelmiş olmalıdır.

Lityum daha önce de gezegen yutmanın işareti olarak kullanılmıştı, ama kolay yanıyor. Rathsam, FAPESP'e yaptığı açıklamada farkı şöyle koyuyor: "Lityum görece kolay yok oluyor. Berilyum daha dayanıklı, kimyasal imzası daha uzun süre kalabiliyor."

Yöntemin sınırı da açık. Rathsam'a göre bu malzeme tek büyük bir gezegenden de, birkaç küçük cisimden de gelmiş olabilir; Güneş benzeri yıldızlarda iç karışım o kadar verimli ki son kimyasal imza bu iki senaryoyu ayırt etmeye izin vermiyor. Makale ayrıca 11,2 Dünya kütlesinin bir alt sınır olduğunu, çünkü iç karışımın etkilerinin tam hesaba katılmadığını belirtiyor.

Güneş Sistemi sandığımızdan nadir mi?

Brezilyalı ekip bulguyu daha geniş bir tabloya yerleştiriyor. Meléndez'e göre dinamik simülasyonlar, ötegezegen gözlemleri ve çift yıldızların kimyası bir araya getirildiğinde tutarlı bir resim çıkıyor: Güneş Sistemi'ne benzeyen sistemler sandığımızdan daha az yaygın olabilir. Rathsam da yaşam açısından bir sonuca dikkat çekiyor; yaşamın ortaya çıkması için milyarlarca yıl yetmez, gezegenin güçlü çekim sarsıntılarına rağmen yeterince kararlı bir yörüngede kalması da gerekir.

Yıldız'ın modeli haklıysa ironik bir durum doğuyor: Bugün "sakin" diye örnek gösterdiğimiz Güneş Sistemi de gençliğinde en az bir gezegen kaybetmiş olabilir.

Sırada ne var?

İki çalışma da kesin kanıt iddiasında değil. Yıldız, Güneş'in bir gezegen yuttuğunu kesin olarak kanıtlamanın mümkün olmayabileceğini kabul ediyor; ancak modelin öngördüğü yapısal ve kimyasal imza helyosismik ya da başka gözlemlerle bağımsız olarak saptanırsa bunun güçlü bir kanıt olacağını söylüyor. Onun ifadesiyle bir sonraki adım, "bu parmak izlerinin bağımsız olarak saptanıp saptanamayacağını görmek". Berilyum yöntemi ise kimyasal olarak farklı başka çift yıldızlara uygulandıkça, gezegen yutmanın gerçekten ne kadar sık yaşandığı sorusuna sayılarla cevap verebilecek.

Fotoğraf: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI), CC BY 4.0, Wikimedia Commons