Genç bir yıldızın etrafındaki “toz tuzağının” yeni gözlemleri uzun zamandır var olan gezegen oluşumu gizemini çözdü
Yeni Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizgesi’ni (ALMA) kullanan gökbilimciler, genç bir yıldızın etrafında toz parçacıklarının yığılarak büyüdüğü bir bölgeyi görüntüledi. Bu, bir toz tuzağının net olarak gözlemlendiği ve modellendiği ilk olaydır. Böylece disk içerisindeki toz parçacıklarının nasıl büyük boyutlara ulaştığı, sonunda kuyrukluyıldızlar, gezegenler ve kayalık cisimleri oluşturduklarına dair uzun süredir bilinen gizem çözüldü. Araştırma sonuçları Science dergisinin 7 Haziran 2013 tarihli sayısında yayınlanacaktır.
Gökbilimciler artık diğer yıldızların etrafında çok sayıda gezegen olduğunu bilmektedirler. Fakat tam olarak anlamadıkları şey bunların nasıl oluştuklarıdır, bunun yanısıra kuyrukluyıldızların, gezegenlerin ve kayalık cisimlerin oluşumunun halen birçok kısmı gizemini korumaktadır. Öte yandan, ALMA’nın gücünü ortaya koyan yeni gözlemler en büyük sorulardan birini yanıtlamaktadır: Genç bir yıldızın etrafındaki diskte bulunan küçük toz tanecikleri nasıl olur da büyür ve sonunda taştan malzemeye hatta metre boyutunun çok ötesindeki kayalara dönüşürler?
Bilgisayar modelleri toz taneciklerinin birbiriyle çarpıştıkları ve yapıştıkları zaman büyüdüklerini göstermektedir. Öte yandan, büyük parçaların tekrar yüksek hızlarda çarpıştıkları zaman, en sık olan şey tekrar küçük parçacıklara ayrılırlar ve birinci aşamaya geri dönerler. Bunun olmadığı durumlarda bile, modeller daha büyük parçaların toz ve gaz arasındaki sürtünmeden dolayı hızlı bir şekilde içe doğru hareket edip ana yıldıza doğru düşerek daha fazla büyüyebilmeleri için şansları olmayacağını ortaya koymuştur.
Bir şekilde toz parçacıkların kendi başlarına varlığını sürdürecek kadar büyümeye devam edebilecekleri güvenli bir bölgeye ihtiyaçları vardır [1]. Bunun için “toz tuzakları” önerilmiştir, ancak şimdi kadar varlıklarına dair bir gözlemsel kanıt bulunamamıştır.
Araştırma makalesinin baş yazarı Hollanda’daki Leiden Gözlemevi’nde doktora öğrencisi olan Nienke van der Marel, çalışma arkadaşlarıyla birlikte ALMA’yı kullanarak Oph-IRS 48 olarak adlandırılan bir sistemdeki diski araştırdı [2]. Yıldızın etrafında muhtemelen görülmeyen bir gezegen ya da bileşen yıldızın yarattığı merkezi bir boşluğun gazdan bir halkayla çevrelendiğini buldular. ESO’nun Çok Büyük Teleskopu kullanılarak daha önceden yapılan gözlemlerde küçük toz parçacıklarının halka benzeri bir yapı da oluşturdukları gösterilmişti. Fakat yeni ALMA görüntüsü daha büyük milimetre boyutlu toz parçacıklarının çok farklı olduğunu ortaya çıkardı.
Van der Marel, “İlk olarak görüntüdeki tozun şekli bizler için tam bir sürpriz oldu,” diyor. “Beklediğimiz gibi halka şekli yerine, çok net olarak kaju fıstığı şekli bulduk! Bu özelliğin gerçek olduğuna dair kendimizi ikna etmemiz gerekti, ancak ALMA gözlemlerinin güçlü sinyali ve keskinliği yapı hakkındaki tüm şüphelerimizi ortadan kaldırdı. Sonra ne bulmuş olduğumuzun farkına vardık.”
Keşfedilen şey büyük toz parçalarının tuzağa düştüğü ve çarpışarak ve birbirlerine yapışarak büyüyebildikleri bir bölgeydi. Bu bir “toz tuzağı” idi — teorisyenlerin tam da aradığı şey.
Van der Marel gözlemleri şöyle açıklıyor: “Muhtemelen parçacıkların uygun koşullar altında milimetreden kuyrukluyıldız boyutuna ulaşabildikleri bir tür kuyrukluyıldız fabrikasına bakıyoruz. Toz, yıldızdan bu uzaklıktayken tam ölçekli bir gezegen oluşturamaz. Fakat yakın gelecekte ALMA, aynı mekanizmanın devrede olduğu ana yıldızına çok daha yakın toz tuzaklarını gözlemleyebilecektir. Böylesi toz tuzakları gerçekten yeni-doğan gezegenlerin beşikleri olabilirler.”
Toz tuzakları yüksek basınçlı bölgeler doğrultusunda hareket ederek daha büyük toz parçacıkları oluştururlar. Bilgisayar modellemesi yüksek basınçlı bir bölgenin gaz boşluğunun sınırındaki gazın hareketinden kaynaklabileceğini ortaya koymuştur — tıpkı diskte bulunan boşluk gibi.
Heidelberg Almanya’daki Teorik Astrofizik Enstitüsünden toz evrimi ve disk modelleme uzmanı ve ekip üyesi Cornelis Dullemond, “Bu projesi eşsiz kılan şeyler hazırladığımız bilgisayar modelleri ve ALMA’nın yüksek kaliteli gözlemlerinin birleşimidir” diyor. “Bu gözlemlerin yapıldığı zamanlarda, biz de tam olarak bu türden yapıları öngören modeller üzerinde çalışıyorduk: çok talihli bir tesadüf olsa gerek”.
Gözlemler ALMA dizgesi yapım aşamasındayken yapılmıştır. Bant 9 alıcıları [3] ALMA’nın şimdiye kadarki en keskin görüntüleri yaratmasına izin veren Avrupa yapımı aletlerdir.
ALMA projesine 20 yıldan daha uzun bir süredir büyük katkılar yapan Leiden Gözlemevi’nden Ewine van Dishoeck: “Bu gözlemler tüm dizgenin yarısından daha azı kullanınlan ALMA’nın dönüşümlü bilim yapabilme potansiyelini gösteriyor.” diyor. “Bant 9’daki hassasiyet ve görüntü keskinliğindeki inanılmaz sıçrama daha önceden mümkün olmayan yollardan gezegen oluşumunun temel konularını çalışmamıza imkan sunmuştur.”
Notlar
[1] Toz tuzağının sebebi diskin gazındaki girdaplardır, tipik ömürleri yüzbinlerce yıldır. Toz tuzağı çalışmayı kesse bile tuzakta birikmiş olan tozların dağılması için milyonlarca yıl gerekir bu da toz taneciklerinin büyümesi için gereken zamandan daha fazladır.
[2] İsim, kaynak türü ve sistemin bulunduğu yıldız oluşum bölgesinin takım yıldızının adının birleşimidir, bu yüzden Oph, Ophiuchus (Yılan Bakıcısı ya da Yılancı) takım yıldızını temsil etmektedir, IRS tanımı kırmızı-ötesi kaynak olduğu için kullanılmıştır. Oph-IRS 48, Dünya’dan 400 ışık-yılı uzaklıktadır.
[3] ALMA farklı frekans bantlarında gözlem yapabilir. Bant 9, 0.4 – 0.5 milimetre civarındaki dalgaboylarında çalışır, bu şimdiye kadarki en keskin görüntüleri veren moddur.
ESO-Türkiye (Özgecan Önal, İstanbul Üniversitesi, Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü, ESON Türkiye Ekibi, İstanbul)
