Yeni Keşfedilen Gezegenlerdeki Beklenmedik Su Kaynakları
Araştırmacılar yakın zamanda bir gezegenin suyunun çoğunun genellikle yüzeyinde değil, iç kısımlarının derinliklerinde saklı olduğunu ortaya çıkardılar. ETH Zürih ve Princeton Üniversitesi’ndeki bilim insanlarının model hesaplamalarının gösterdiği gibi, bu durum uzak dünyaların potansiyel yaşanabilirliğini etkilemektedir.
Araştırmacılar, güneş sistemimizin dışında başka bir yıldızın yörüngesinde dönen gezegenler olan ötegezegenlerdeki su dağılımının yeni bir modelini hesaplamak için bilgisayar simülasyonlarını kullandılar.
Elde ettikleri bulgular, genç gezegenlerin suyunun çoğunun yüzeylerinde değil, iç kısımlarının derinliklerinde bulunduğunu ortaya koyuyor. Dahası, ötegezegenlerdeki toplam potansiyel su hacmi şimdiye kadar önemli ölçüde az tahmin edilmişti.
Yeni model, gezegenlerin oluşumunu anlamak ve dış gezegenlerin potansiyel yaşanabilirliğini değerlendirmek için önemlidir.
Dünya, silikat ana kayadan oluşan bir manto ve yüzeyinde su (okyanuslar) ile çevrili demir bir çekirdeğe sahiptir. Bugüne kadar bilim, güneş sistemimizin dışında başka bir yıldızın yörüngesinde dönen gezegenler olan dış gezegenleri araştırmak için bu basit gezegen modelini kullandı. ETH Zürih’te Dış Gezegenler Profesörü olan Caroline Dorn, “Gezegenlerin düşündüğümüzden daha karmaşık olduğunu ancak son yıllarda fark etmeye başladık” diyor.
Günümüzde bilinen dış gezegenlerin çoğu yıldızlarına yakın bir konumdadır. Bu, bunların esas olarak, henüz Dünya gibi katı bir silikat kaya örtüsü oluşturmak üzere soğumamış erimiş magma okyanuslarının sıcak dünyalarından oluştuğu anlamına gelir. Su, bu magma okyanuslarında çok iyi çözünür; örneğin, hızla gaz çıkışı yaparak atmosfere yükselen karbondioksitin aksine.
Demir çekirdek, silikatların erimiş örtüsünün altında yer alır. Peki su, silikatlar ve demir arasında nasıl dağılır? Dorn, Princeton Üniversitesi’nden Haiyang Luo ve Jie Deng ile işbirliği yaparak, temel fizik yasalarına dayalı model hesaplamalarının yardımıyla tam olarak bunu araştırdı. Araştırmacılar sonuçlarını Nature Astronomy dergisinde sundular.
Su ve Demir İçeren Magma Çorbası
Dorn, sonuçları açıklamak için biraz ayrıntıya girmek zorunda: “Demir çekirdeğin gelişmesi zaman alır. Demirin büyük bir kısmı başlangıçta damlacıklar halinde sıcak magma çorbasında bulunur.” Bu çorbada tutulan su, bu demir damlacıklarıyla birleşerek onlarla birlikte çekirdeğe batar. Dorn, “Demir damlacıkları, suyun aşağı doğru ilettiği bir kaldırma kuvveti gibi davranır” diye açıklıyor.
Şimdiye kadar bu davranışın yalnızca Dünya’da da geçerli olan türden orta düzeydeki basınçlar için geçerli olduğu biliniyordu. Daha yüksek basınçlı iç koşullara sahip daha büyük gezegenlerde ne olduğu bilinmiyordu. Dorn, “Bu, çalışmamızın temel sonuçlarından biri” diyor. “Gezegen ne kadar büyük ve kütlesi ne kadar büyükse, su demir damlacıklarıyla birlikte gitme ve çekirdeğe entegre olma eğilimi o kadar fazla oluyor. Belirli koşullar altında demir, silikatlardan 70 kata kadar daha fazla su emebilir. Ancak, çekirdekteki muazzam basınç nedeniyle su artık H2O molekülleri formunu almıyor, bunun yerine hidrojen ve oksijende mevcut oluyor.
Büyük Miktarda Su Dünya’nın İçinde de Var
Bu çalışma, dört yıl önce şaşırtıcı bir sonuç ortaya koyan Dünya’nın su içeriğinin araştırılmasıyla tetiklendi: Dünya yüzeyindeki okyanuslar gezegenimizin toplam suyunun yalnızca küçük bir kısmını içeriyor. Dünya okyanuslarının 80’den fazlasının içeriği iç kısmında gizlenmiş olabilir. Bu, Dünya gençken geçerli olan koşullar altında suyun nasıl davrandığını hesaplayan simülasyonlarla gösterilmiştir. Deneyler ve sismolojik ölçümler buna göre uyumludur.
“Ekzoplanetlerdeki suyun çoğu yüzeyde değil, derinlerde bulunur.”
Caroline Dorn, Ekzoplanet Profesörü
Gezegenlerdeki suyun dağılımına ilişkin yeni bulgular, astronomik gözlem verilerinin yorumlanması açısından çarpıcı sonuçlar doğuruyor. Astronomlar, uzaydaki ve Dünya’daki teleskoplarını kullanarak belirli koşullar altında bir ekzoplanetin ağırlığını ve boyutunu ölçebilirler. Bu hesaplamaları, gezegenin bileşimi hakkında çıkarımlarda bulunulmasına olanak tanıyan kütle-yarıçap diyagramları çizmek için kullanırlar. Bunu yaparken -şimdiye kadar olduğu gibi- suyun çözünürlüğü ve dağılımı göz ardı edilirse, suyun hacmi on kata kadar önemli ölçüde hafife alınabilir. Dorn, “Gezegenler daha önce varsayıldığından çok daha fazla suya sahip” diyor.
Evrim Tarihini Anlamak
Gezegenlerin nasıl oluştuğunu ve geliştiğini anlamak istiyorsak su dağılımı da önemlidir. Çekirdeğe batan su sonsuza dek orada hapsolur. Ancak mantonun magma okyanusunda çözünen su, manto soğuması sırasında gazını kaybedip yüzeye çıkabilir. Dorn, “Dolayısıyla bir gezegenin atmosferinde su bulursak, muhtemelen iç kısmında çok daha fazlası vardır,” diye açıklıyor.
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun, iki yıldır uzaydan Dünya’ya veri göndererek bulmaya çalıştığı şey budur. Gezegen dışı gezegenlerin atmosferindeki molekülleri izleyebilme yeteneğine sahiptir. Bilim insanı, “Sadece gezegen dışı gezegenlerin üst atmosferinin bileşimi doğrudan ölçülebilir,” diye açıklıyor. “Grubumuz, atmosferden gök cisimlerinin derinliklerine bağlantı kurmak istiyor.”
TOI-270d adlı gezegen dışı gezegenin yeni verileri özellikle ilgi çekici. TOI-270d ile ilgili ilgili yayında yer alan Dorn, “İçindeki magma okyanusu ile atmosfer arasında bu tür etkileşimlerin gerçekten var olduğuna dair kanıtlar orada toplandı,” diyor. Daha yakından incelemek istediği ilginç nesneler listesinde, üzerinde yaşam olma olasılığı nedeniyle manşetlere çıkan K2-18b gezegeni de yer alıyor.
Su Dünyalarının Yaşanabilirliğini Yeniden Düşünmek
Su, yaşamın gelişmesi için ön koşullardan biridir. Uzun zamandır su bakımından zengin Süper Dünyaların potansiyel yaşanabilirliği hakkında spekülasyonlar yapılıyordu; yani, Dünya’dan birkaç kat daha büyük kütleye sahip ve yüzeyi derin, küresel bir okyanusla kaplı gezegenler. Daha sonra yapılan hesaplamalar, çok fazla suyun yaşam için düşmanca olabileceğini öne sürdü. Argüman, bu su dünyalarında egzotik yüksek basınçlı buz tabakasının okyanus ile gezegenin mantosu arasındaki arayüzde hayati maddelerin değişimini engelleyeceğiydi.
Yeni çalışma şimdi farklı bir sonuca varıyor: Derin su katmanlarına sahip gezegenlerin nadir görülmesi muhtemeldir çünkü Süper Dünyalardaki suyun çoğu, şimdiye kadar varsayıldığı gibi yüzeyde değil, çekirdekte hapsolmuştur. Bu, bilim insanlarını nispeten yüksek su içeriğine sahip gezegenlerin bile Dünya benzeri yaşanabilir koşullar geliştirme potansiyeline sahip olabileceğini varsaymaya yönlendiriyor. Dorn ve meslektaşlarının vardığı sonuca göre, bu çalışma, yaşamı destekleyebilecek su bolluğu olan dünyaların potansiyel varlığına yeni bir ışık tutuyor.
Kaynak: https://scitechdaily.com