MUHTEMELEN VAR OLMAYAN MEGA-DÜNYALAR

Gezegen oluşumu kuramı kayalık dünyalara bir tavan koyar. Büyüyen bir çekirdek kabaca 10 Dünya kütlesini geçtiğinde artık kaçak gaz birikiminden (runaway gas accretion) kaçamaz: genç yıldızının çevresindeki diskten gaz çeker ve gazca zengin bir gezegene dönüşür. Çarpışma ve aşınma simülasyonları da aynı sınırı verir. Gerçek gezegenlerin ölçümleri ise çıplak kayadan gazla sarılı dünyalara geçişi daha da aşağıya, 4 ila 5 Dünya kütlesi civarına yerleştiriyor.

Yine de son yıllarda, kaya yoğunluğuna ve on Dünya kütlesinin epey üzerinde kütlelere sahip birkaç gezegen ortaya çıktı. Bazı astronomlar bunlara “Mega-Dünyalar” (Mega-Earths) diyor. Bunları açıklamak egzotik geçmişler gerektirir: gaz diski kaybolduktan sonraki geç çarpışmalar ya da eski devlerin soyulmuş çekirdekleri.

Montreal’deki McGill Üniversitesi Trottier Uzay Enstitüsü’nden Casey Brinkman ve Nicolas Cowan daha basit bir soru sordu: bu gezegenler gerçekten bu kadar ağır mı?

Bir gezegeni yıldızının yalpasıyla tartmak

Bu kütlelerin çoğu dikine hızlardan (radial velocities) geliyor: bir gezegen yörüngede dolanırken yıldızını ileri geri çeker ve yıldızın ışığının rengi çok hafifçe kayar. Bu yalpanın büyüklüğü gezegenin kütlesini verir.

Sorun şu ki yıldızlar sessiz değildir. Manyetik olarak aktif yıldızlar, yıldızla birlikte dönen koyu lekeler ve parlak bölgeler taşır. Bunlar ölçümlere gürültü ekler ve görüş alanına dönen bir leke bir gezegenin sinyalini taklit edebilir — ya da şişirebilir.

Sekiz şüpheli, ortak bir özellik

İkili, NASA Ötegezegen Arşivi’nden yola çıktı ve güvenilir bir yarıçapı ve dikine hız kütlesi olan, dört Dünya yarıçapından küçük 333 gezegeni seçti. Şunları buldular:

• Kaya yoğunluğunda ve 10 Dünya kütlesinden ağır 4 gezegen: WASP-84 c, TOI-1347 b, TOI-2322 c ve HD 63433 b.
• Sınırın üzerinde olup neredeyse hiç hidrojen-helyum zarfı olmayan 4 gezegen daha: GJ 523 b, TOI-815 c, HD 18599 b ve GJ 143 b.

Her ev sahibi yıldızın aktivitesini ölçmek için, yıldızın manyetik ısınmayla parlayan sıcak dış katmanından yayılan kalsiyum ışığına dayalı bir indeks kullandılar. −4,75 değerinin üzerinde bir yıldız aktif sayılıyor. TESS görevinden gelen parlaklık ölçümleri de her yıldızın, lekeleri döndükçe sönükleşip parladığını gösteriyor.

Sonuç: sekizi de aktif yıldızların yörüngesinde. Hem gezegen kütlesi hem de aktivite ölçümü olan 37 yıldızdan yalnızca 13’ü aktif.

Bir tesadüfün olasılığı

Mega-Dünyalar eşit dağılmış olsaydı, dört kayalık olanın hepsinin aktif yıldızların çevresine düşme olasılığı şu olurdu:

p = 13/37 × 12/36 × 11/35 × 10/34 = 0.01

Yaklaşık %1. Diğer dördü eklendiğinde bu 0,0003’e düşüyor.

Genç, aktif yıldızlar Mega-Dünya yapmakta basitçe daha mı iyi? Yazarlar bunun için bir neden görmüyor. Bir tane oluşturmak ek çarpışmalar, 0,8 ila 20 günlük yörüngelere içe doğru bir göç ve belki de kalın bir atmosferin soyulmasını gerektirirdi — bunların hepsi zaman alır. Hatta bu dünyaların daha yaşlı yıldızları kayırması gerekirdi.

Kütleler nerede yanlış gidiyor

Orijinal ölçümlerin hepsi, gezegenin sinyali ayrılabilsin diye yıldızın gürültüsünü modelleyen istatistiksel bir araç olan Gauss süreçlerini kullandı. Ama aşırı esnek bir model yanlış sinyali soğurabilir ve gereğinden büyük kütleler üretebilir. Vakalar kırılgan görünüyor:

• WASP-84’ün çevresinde yıldızın titreşimi (yaklaşık 13 m/s) gezegenin sinyalinden büyük (7,7 m/s).
• TOI-2322 21,28 günde dönüyor; gezegeni 20,23 günde yörüngesini tamamlıyor.
• 37 Dünya kütlesiyle en ağırı olan HD 63433 b’yi ikinci bir ekip hiç tespit edemedi ve 21 Dünya kütlesi üst sınırı koydu.
• Gezegenlerden üçü, altında bu tür modellerin güvenilmez olduğu bilinen, yayımlanmış bir sinyal-gürültü eşiğinin altında kalıyor.

Yazarlar bir emsali hatırlatıyor: kütlesinin, işlenmemiş periyodik bir sinyal yüzünden üç kat şişirildiği ortaya çıkan bir başka gezegen.

Kayalık dev yok — şimdilik

Vardıkları sonuç: on Dünya kütlesinin üzerinde kayalık gezegenler için ikna edici bir kanıt yok. Aktif yıldızların çevresindeki gezegenlerin dikine hız kütlelerine şüpheyle yaklaşılmalı, “özellikle de böyle gezegenlerin varlığı gezegen oluşumuna dair kavrayışımızı zorlayacaksa.” Gözlemlerin, hem yıldızın aktivitesi hem de gezegen iyi örneklenecek şekilde zamanlanmasını öneriyorlar.

Argüman istatistiksel ve küçük bir örnekleme dayanıyor: sekiz gezegen ve 37 yıldız. Yazarlar orijinal kütle uyarlamalarını yeniden yapmadı.