Bir ötegezegenden ilk kez radyo dalgası yakalandı: kaynak kutup ışıkları

Baştan söyleyelim: bunun akıllı yaşamla ilgisi yok. Yakalanan şey bir mesaj değil, doğal bir fizik olayının gürültüsü. Ama tam da bu yüzden değerli, çünkü o gürültü bir ölçüm aletine dönüşüyor: gezegenin manyetik alanının ne kadar güçlü olduğunu doğrudan söylüyor. Bu, bugüne dek hiçbir ötegezegen için yapılamamıştı.

Sistemin künyesi

Aşağıdaki değerler ekibin ön baskısından ve orada atıf verilen ölçümlerden derlendi.

Kutup ışıkları neden radyo yayar?

Dünya'da kuzey ışıklarını gördüğümüzde olan şey şu: yüklü parçacıklar gezegenin manyetik alan çizgileri boyunca kutuplara doğru sarmal çizerek hızlanır. Bu sarmal hareket yalnız görünür ışık üretmez; belirli bir frekansta çok yoğun radyo dalgası da saçar. Fizikçiler buna elektron siklotron mazer kararsızlığı diyor — lazerin radyo dalgasındaki akrabası gibi düşünülebilir.

Bu mekanizmanın en kullanışlı yanı, yaydığı en yüksek frekansın doğrudan manyetik alanın gücüne bağlı olması. Ekibin kullandığı bağıntı basit: 1 kilogauss'luk bir alan yaklaşık 2,8 gigahertzlik bir tavan frekansı verir. Yani sinyali hangi frekansa kadar duyabiliyorsanız, alanın kaynak noktasındaki şiddetini oradan geri hesaplıyorsunuz. Frekansı ölçmek, manyetik alanı ölçmektir.

Beta Pictoris b'nin patlamaları 3,5 gigahertze kadar çıktığı için ekip alanın en az 1,25 kilogauss olduğunu söylüyor. Cendes, ZME Science'a bunu şöyle özetledi: “İnanılmaz, inanılmaz güçlü bir manyetik alan, Güneş Sistemi'mizdeki her şeyden çok daha güçlü.” Karşılaştırma için: Dünya yüzeyindeki alan yarım gauss dolayındadır.

Peki neden bugüne kadar duyulmadı?

Burada işin can alıcı ayrıntısı var. Gök bilimciler ötegezegen radyo sinyali aramayı yıllardır deniyor, ama yanlış yerde aradıkları ortaya çıktı. Jüpiter'in kutup ışığı radyo yayını dekametrik dalga boylarında, yani onlarca megahertzlik alçak frekanslarda gerçekleşir. Doğal varsayım, ötegezegenlerin de oralarda parlayacağıydı; aramalar da alçak frekanslı dizilere yöneldi.

Sonuç hep boş çıktı. Örneğin Yuta Shiohira ve arkadaşları, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dergisinde yayımlanan çalışmalarında tam da bu gezegeni — Beta Pictoris b'yi — yükseltilmiş GMRT teleskobuyla 250–500 megahertz aralığında aradı ve hiçbir şey bulamadı; yalnız bir üst sınır koyabildiler. Ortiz Ceballos ekibi de ön baskıda, doğrudan görüntülenmiş dev ötegezegenlere yönelik önceki aramaların “yalnızca üst sınırlar” ürettiğini yazıyor.

Anlaşılan neden şu: Beta Pictoris b'nin manyetik alanı Jüpiter'inkinden o kadar güçlü ki, yayın alçak frekanslarda değil, doğrudan gigahertz bandında çıkıyor. MeerKAT tam oraya bakan bir alet. Yani bulgu bir duyarlılık zaferi olduğu kadar, aranacak bandın yeniden düşünülmesinin de sonucu.

Yıldızın kendisi olamaz mı?

Bu, işin en kritik sorusu — çünkü daha önce bazı sistemlerde tutarlı radyo yayını görülmüştü ama kaynağın gezegen mi yıldız mı olduğu ayrıştırılamamıştı. Ekip üç ayrı argüman sunuyor.

• Konum. Uzaktaki kuasarları sabit referans noktası olarak kullanıp radyo kaynağının gökyüzündeki yerini çıkardılar. Kaynak, gezegenin beklenen konumuyla uyumlu; yıldızın konumuyla ise 4,4 sigma düzeyinde uyumsuz.
• Yıldız sessiz. Beta Pictoris manyetik olarak sakin bir yıldız; ölçülen boylamsal alan −14 ± 20 gauss, yani sıfırdan ayırt edilemiyor.
• Güç yetmiyor. Yıldızın dipol alanı için üst sınır 0,3 kilogauss dolayında. Gözlenen 3,5 gigahertzlik yayını üretmek için gereken 1,25 kilogaussu sağlayamıyor.

Ekip, yıldız rüzgârının gezegen manyetosferine çarpmasıyla ve gezegenin bir uydusuyla etkileşimiyle (Jüpiter–Io çiftindeki gibi) oluşan senaryoları da hesaplayıp eledi: ilkinin üreteceği güç gözlenenin yaklaşık bin katı altında, ikincisininki ise on katı altında kalıyor. Geriye tercih ettikleri açıklama kalıyor — gezegenin kendi manyetosferi ile iyonosferi arasındaki bağlanma ve buna eşlik eden dönme kaynaklı düzenli değişim.

Gezegeni zaten görüyorduk

Beta Pictoris b, ötegezegen araştırmalarının en çok çalışılmış örneklerinden. Yıldızının ışığı maskelendiğinde teleskoplarda gerçekten bir nokta olarak görünüyor; yörüngede ilerleyişi yıllar boyunca kare kare izlendi.

Yukarıdaki kare, Gemini Planet Imager aletinin 15 Mayıs 2014'te yaptığı ilk ışık gözleminden; görüntüyü Christian Marois işledi, Uluslararası Gemini Gözlemevi ve NOIRLab paylaşıyor. Ortadaki karanlık daire, gezegeni boğmasın diye yıldızın ışığını kapatan koronograf maskesi.

Avrupa Güney Gözlemevi (ESO) kanalının yayımladığı aşağıdaki görüntüde ise, Çok Büyük Teleskop'taki SPHERE aletinin 2014 sonundan 2016 sonuna kadar izlediği gezegenin yıldızının parlak halesinden çıkışı görülüyor.

Manyetik alan neden bu kadar konuşuluyor?

Burada bir ayrım yapmak gerek. Ortiz Ceballos ve arkadaşlarının ön baskısı yaşanabilirlik üzerine bir iddia içermiyor; zaten Beta Pictoris b, yüzeyi hâlâ kor hâlinde, Jüpiter'in on katı kütlede bir gaz devi. Kimse orada yaşam aramıyor.

Manyetik alan merakının arka planı daha geniş. Dünya'nın manyetik alanı, Güneş'ten gelen yüklü parçacık akışını saptırarak atmosferin yavaş yavaş uzaya sıyrılmasını engelleyen bir kalkan işlevi görür. Mars'ın küresel manyetik alanını erken dönemde yitirmesi ile atmosferinin incelmesi arasında bir bağ kurulur — gök bilimde yaygın ama üzerinde tam uzlaşılmamış bir varsayımdır bu; manyetik alanın bazı koşullarda atmosfer kaybını hızlandırabileceğini savunan çalışmalar da var.

Tartışmanın kilitli kaldığı nokta şuydu: elimizde Güneş Sistemi dışından tek bir manyetik alan ölçümü yoktu. Kayalık bir gezegenin alanını bu yöntemle ölçmek hâlâ çok uzak, çünkü küçük gezegenlerin alanı zayıf, dolayısıyla yayınları alçak frekansta ve sönük olur. Ama yöntemin çalıştığını görmek, sorunun ölçülebilir bir soruya dönüşmesi demek.

Bulgunun sınırı

Bu bir ön baskı. Çalışma henüz hakem sürecinden geçmedi ve bağımsız bir ekip tarafından doğrulanmadı. Sinyaller de gürültünün hemen üstünde: L bandındaki en parlak patlama 307 mikrojansky, S bandındaki sürekli bileşen 48 mikrojansky düzeyinde — radyo gök biliminde oldukça zayıf değerler.

Çalışmanın dışından Amsterdam Üniversitesi'nden gök bilimci Joe Callingham, Science News'a konuşurken hem heyecanını hem çekincesini belirtti: “Bu sonuç, hakem sürecinden geçerse, inanılmaz heyecan verici bir ilerleme.” Callingham, yayının gerçekten kutup ışığı kaynaklı olduğunun kesinleşmesi için radyo dalgalarının zaman içinde düzenli bir ritimle nabız gibi atması gerektiğini ekliyor ve şöyle bağlıyor: “Yani belirsiz, ama ikna edici.”

Sırada ne var

İki açık soru var. Birincisi, tekrarın ritmi: eğer patlamalar gezegenin yaklaşık dokuz saatlik dönme süresine kilitli olarak geliyorsa, bu hem kutup ışığı yorumunu sağlamlaştırır hem de bir gezegenin dönme eksenini radyo dalgasıyla ölçmenin kapısını açar. İkincisi, bunun tek seferlik bir şans mı yoksa yeni bir gözlem yöntemi mi olduğu.

Ekip ikincisi için somut bir liste veriyor: 45 parsek içinde, doğrudan görüntülenmiş yedi dev ötegezegen daha var ve beş ayrı sistemde duruyorlar. Aynı yöntem onlarda da çalışırsa, elimizde tek bir ölçüm değil bir küçük katalog olacak. Yapım hâlindeki yeni radyo dizileri duyarlılığı beş ila yedi kat artırdığında, bugün MeerKAT'in zar zor duyduğu türden sinyaller rutin gözleme dönüşebilir.

O noktada ötegezegenler hakkında bugün yalnız hesaplayabildiğimiz bir şeyi — iç yapılarının ne kadar hareketli olduğunu — doğrudan ölçmeye başlarız. Çünkü güçlü bir manyetik alan, gezegenin derinlerinde dönen iletken bir katmanın olduğunu söyler. Radyo dalgası, o görünmez iç katmanın dışarı sızan tek sesi.

Fotoğraf: Square Kilometre Array Organisation (SKAO) / South African Radio Astronomy Observatory (SARAO), CC BY 3.0, Wikimedia Commons