Yıldızlar, devasa toz ve gaz bulutlarının üzerlerine çöküp tutuşmasıyla doğar. Bu bulutlar oksijen ve titanyum gibi ham elementlerden oluşur ve her bulutun yıldıza damgasını vuran benzersiz bir bileşimi vardır. Ve yıldız doğumundan sonra – yıldıza yolunu bulamayan malzemeden – gezegenler oluşur.
Uzak yıldızların veya ötegezegenlerin yörüngesinde dönen gezegenleri bulmak zordur. Bu küçük nesneleri tespit etmek için büyük teleskopların kullanılmasını içeren denenmiş ve gerçek yöntemler vardır. Ama yıldızın kimyasına dayanan gezegen avı için daha hızlı ve daha güçlü bir strateji geliştirdim. Ben bir gezegen astrofizikçisiyim . Kuşkusuz, bu benim yaptığım bir başlık çünkü yaptığım şeyi gerçekten tanımlayan bir şey istedim. Yıldızların içindeki elementleri, kalıplarını ve gezegenlerle nasıl bağlantılı olduklarını inceliyorum.
Muazzam bir yıldız veri tabanı ve element kompozisyonları oluşturdum. Bu yıldızlardan bazılarının yörüngelerinde dönen gezegenler var; diğerleri yapmaz. Bir yıldızın yörüngesinde dönen bir gezegeni olduğunda, daha küçük kayalık tür, büyük bir gaz veya her ikisi de olabilir. Bununla birlikte, her yıldızın Jüpiter büyüklüğünde dev bir gezegeni olamaz – çünkü bu gezegenlerin oluşması için çok miktarda element ve malzeme gerekir.
Arizona Eyalet Üniversitesi, Kaliforniya Üniversitesi, Riverside, Vanderbilt Üniversitesi ve New York Üniversitesi’nden küçük bir araştırmacı ekibiyle birlikte, hangi yıldızların yalnızca yörüngelerinde dönen gezegenlere sahip olabileceğini bulmak için yıldız verileri içinde karmaşık desenler arayan bir yazılım kullandım. yıldızın kimyasal bileşimi hakkında.
Şimdi, ekibim, bir gezegenin imzasını bulmayı umarak, tüm gökyüzünü kapsayan devasa teleskop araştırmalarına bakmak yerine, ev sahibi yıldızların bileşimini analiz ederek gezegenlerin keşfini ve karakterizasyonunu hızlı bir şekilde takip edebilir. Analiz ettiğimiz 4.200 yıldızdan yaklaşık 360 yıldızın dev bir gezegene ev sahipliği yapma şansının %90’dan fazla olduğunu bulduk. Şimdi tahminlerimizi test etmek için bir teleskopa zaman ayırmaya çalışıyoruz.
Hypatia Kataloğu ve öğeleri
Geliştirdiğimiz algoritma, gezegenlere ev sahipliği yapan yıldızlarda hangi element kombinasyonunun (veya kimyasal parmak izinin) ortak olduğunu belirlemek için, yörüngede dönen dev gezegenlere sahip olduğunu bildiğimiz yıldızların kimyasal bileşimini kullanır. Ekibim daha sonra bu algoritmayı, bir yıldızın muhtemelen bir gezegene ev sahipliği yapabileceğine dair bir tahmin puanı sağlamak için gezegenleri olduğu bilinmeyen yıldızların kimyasına bakmak için kullandı.
Işık bir yıldızın içinden parlar ve üst katmanındaki atomlar tarafından emilerek bir yıldız tayfı oluşturur. Absorbe edilen dalga boyları, periyodik tablodan ne tür elementlerin mevcut olduğunu ortaya çıkarır. Bilim adamları, spektroskopi adı verilen bir teknik kullanarak , yıldızdan gelen ışığı ölçebilir ve bu elementlerin miktarını veya bolluğunu ölçebilir. Hypatia Kataloğu’nda yakın yıldızlardaki en büyük element kataloğunu derledim . 400 yılında bir güç merkezi olan bilinen ilk kadın astronomlardan birini onurlandırmak için adını verdim.
Gezegenleri daha kimyasal veya bileşimsel bir perspektiften anlamak için Hypatia Kataloğu’nu kullanıyorum. Her yıldız, yıldızın yörüngesindeki gezegenlere yansıyan farklı kombinasyon ve miktarlarda elementlerden oluşur. Gezegenlerin kimyasal bileşimlerinde içlerinden yüzeylerine kadar büyük bir çeşitlilik olabilir.
Fiziksel olarak ötegezegenleri tespit etmek
Dış gezegenleri bulmak veya tespit etmek için iki temel teknik vardır.
Birincisi, güçlü bir yerçekimi kuvvetine sahip bir gezegenin varlığında bir yıldızın ne zaman sallandığını tespit eden “radyal hız” tekniğidir.
Başka bir strateji, bir yıldızın yaydığı ışıkta bir “yan” aramaktır; bu, bir gezegen yıldızın önünde hareket ettiğinde (Dünya’ya göre) olur ve aslında yıldız ışığını karartır. Bu yöntemlerin her ikisi de gezegenin yıldızı etkileme yollarını arar. Ancak, yıldızlarına kıyasla çok küçük oldukları için gezegenleri tespit etmek zordur – bu, bir yağmur damlasından etkilenen bir insanı gözlemlemeye çalışmak gibidir.
Radyal hız ve “blip” yöntemleri, bir yıldız ve bir gezegen arasındaki fiziksel ilişkiye bakar. Bunlar önemlidir, çünkü ötegezegen bilim adamlarının bir gezegenin yaşanabilir olup olmadığını tanımlamak için kullandıkları sıcaklığı, yörüngeyi ve dinamikleri belirlerler. Ancak bu tespit yöntemlerinin hiçbiri yıldızın ve gezegenin neyden yapıldığını hesaba katmaz. Yine de, gezegenin bileşimini anlamak, yaşanabilir olup olmadığını tahmin etmek için hayati önem taşımaktadır.
Gezegen bileşimi yaşanabilirliğin anahtarıdır
Dünya gezegeni “canlıdır” – karmaşık bir şekilde hareket eder ve değişir. Sıcaklık ve hava durumu gibi yüzey koşulları, örneğin levha tektoniği gibi kıtaların hareketine dayanarak korunur . Oksijen-karbon dioksit döngüsü gibi farklı elementlerin veya moleküllerin döngüsü , organizmaların nefes almasına yardımcı olur. Ötegezegenlerin yaşam için gerçekten yaşanabilir olması için, bu kilit süreçlerin gerçekleşmesini sağlamak için gezegende temel unsurlar mevcut olmalıdır.
Biz ötegezegen bilimciler şu anda Güneş Sistemimizin dışındaki bir gezegenin yüzeyini veya içini doğrudan gözlemleyecek teknolojiye sahip değiliz. Bunun nedeni kısmen gezegenlerin yıldızlarına kıyasla çok küçük olmalarıdır, bu yüzden yüksek güçlü teleskoplara ihtiyacımız var. Bunun nedeni, gezegenlerin kendi ışıklarını parlamamaları veya yaymamalarıdır.
Bu nedenle, meslektaşlarım ve ben yıldız kompozisyonunu gezegenin makyajı için bir vekil olarak kullanıyoruz. Geliştirdiğimiz algoritma benzersizdir, çünkü bir yıldız ile gezegeni arasındaki temel bağlantıya en başından itibaren bakar. Bu, kimyasal parmak izi ile tanımlandıkları için, bulduğumuz yaklaşık 360 dev gezegen barındıran yıldızları daha da dikkat çekici kılıyor.
The Astrophysical Journal’da yayınlanan bu araştırmanın bir parçası olarak , bir seferde 16’ya kadar çeşitli farklı elementleri inceledik. Bu unsurların birbirlerini nasıl etkilediğini ve hangilerinin gezegen tespiti ve olası oluşum için en önemli olduğunu görmek istedik.
Bir yıldızın dev bir gezegeni olduğunu tahmin ederken karbon, oksijen, sodyum ve demirin en önemli elementler olduğunu bulduk. Karbon, oksijen ve demir, kayalık ve/veya gaz gezegenler inşa etme konusunda çok önemli unsurlardır. Ancak, sodyumun da dev gezegenleri oluşturan yıldızların kritik bir bileşeni gibi göründüğünü keşfetmek bizi şaşırttı. Sodyum, Güneş Sistemi içinde gezegen oluşturan önemli bir element olarak kabul edilmez.
Pratik nedenlerle, Dünya benzeri gezegenlere bakmak için algoritmayı kullanmadık. Bunun yerine, çalışmamızı odakladık ve algoritmamızı, insanların hayatta kalamayacağı büyük gazlı gezegenler üzerinde eğittik. Gökbilimcilerin bugüne kadar keşfettiği ötegezegenlerin çoğu, tespit edilmesi daha kolay olduğu için Neptün veya Jüpiter’e benzer boyutlara sahiptir.
Bununla birlikte, TESS ve CHEOPS gibi yeni görevler daha küçük, Dünya boyutunda gezegenler keşfettikçe, algoritmayı Dünya gibi kayalık gezegenleri aramak için eğitmek için daha fazla veriye sahip olacağız.