Yeni bir araştırmaya göre Güneş Sistemindeki gezegenler oluşmadan önce Güneş’in halkaları vardı. Bu halkalar Satürn halkalarına benzer toz ve gaz bantları şeklindeydi ve muhtemelen Dünya’nın oluşumunda önemli rol oynadı.
Rice Üniversitesinden astrofizikçi André Izidoro Dünya gibi yüzeyi en az %30 karasal olan gezegenleri işaret ederek: “Güneş sisteminde Dünya’nın büyüyerek süper-Dünya adı verilen daha büyük bir karasal gezegene dönüşmesini engelleyen bir şey oldu” diyor.
Izidoro ve arkadaşları Güneş sisteminin oluşumunu yüzlerce defa simüle etmek için bir süper bilgisayar kullandılar. Nature Astronomy’de yayınlanan çalışmada açıklanan modelde, birçok uzak genç yıldızın çevresinde görülene benzer halkalar kullanıldı. Ayrıca Güneş sisteminin oluşumuna ilişkin önceki modellerde göz ardı edilen özellikleri de ele aldılar:
- Mars ve Jüpiter arasındaki asteroit kuşağı
- Yer, Mars, Venüs ve Merkür’ün kararlı konumları ve neredeyse çembersel yörüngeleri
- Birçok güneş sistemi modelinde daha büyük kütleli alınan Mars dahil iç gezegenlerin gerçek kütleleri
- İç ve dış Güneş sistemindeki cisimlerin kimyasal yapısı arasındaki farklılık
- Neptün ötesi bölgedeki Kuiper kuşağı bölgesindeki asteroitler ve kuyrukluyıldızlar
Model, genç Güneş’in üç yüksek basınç etkisinin gaz ve toz diskinde ortaya çıktığını varsaymaktadır. Bu tür basınç etkileri uzak yıldızların çevresindeki halkalı yıldız disklerinde gözlendi. Basınç etkilerinin Güneş sisteminin mimarisini açıklayabildiğini belirtiyor Izidoro.
“Süper Dünyalara sıklıkla rastlanıyorsa neden Güneş sisteminde yok? Basınç etkilerinin iç ve dış Güneş sisteminde bağlantısız disk malzeme depoları ürettiğini ve iç güneş sisteminde gezegenlerin büyüyebilmesi için gerekli maddeyi düzenlediğini öneriyoruz” diyor Izidoro.
Basınç Etkileri
Bilim insanları onlarca yıldır gezegen öncesi disklerdeki gaz ve tozun yavaş yavaş daha az yoğun hale geldiğine ve yoğunluğunun yıldızdan uzaklığın bir fonksiyonu olarak düzgün şekilde düştüğünü düşünüyorlardı. Ancak bilgisayar benzetimleri pürüzsüz disk senaryolarında gezegenlerin oluşmasının pek mümkün olmadığını gösteriyor.
Çalışma ekibinden Andrea Isella: “Pürüzsüz bir diskte tüm katı parçacıklar –toz taneleri ve kayalar- çok hızlı şekilde içe doğru çekilmeli ve yıldızda kaybolmalı. Gezegen oluşturmaları gereken zaman için onların bu hareketini durduracak bir etki gerekli” diyor.
Izidoro: “Parçacıklar çevresindeki gazdan daha hızlı hareket ettiklerinde bir rüzgâr hissederek yıldıza doğru çok hızlı sürüklenir” diyor. Basınç etkileri nedeniyle gaz basıncı artar, gaz moleküleri hızlanır ve katı parçacıklar bu karşı rüzgârı hissederek yavaşlar. “Basınç etkileriyle toz parçacıklarının birikmesine izin veren bu olaydır.”
Isella, gökbilimcilerin Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi veya Şili’de çalışmaya başlayan 66 çanaklı dev radyo teleskop ALMA ile basınç etkileri ve gezegen öncesi disk halkalarını gözlediklerini belirtiyor.
“ALMA, halen oluşmakta olan genç gezegen sistemlerinin çok keskin görüntülerini alma yeteneğine sahiptir ve bu sistemlerdeki birçok gezegen öncesi diskin halkalar oluşturduğunu keşfettik. Basınç etkileri ile toz parçacıkları toplandığı için kuşaklar oluşuyor. Bu halkalar aralarındaki boşluklardan daha fazla toz parçacığına sahip.”
Halka Oluşumu
Izidoro ve arkadaşları tarafından hazırlanan model erken Güneş sisteminde Güneş’e doğru düşen parçacıkların üç yerde büyük miktarda buharlaştırılmış gaz salacağı basınç tümsekleri olduğunu varsaydılar.
Rice’da Maurice Ewing Yer Sistemleri Biliminden jeokimyacı Rajdeep Dasgupta: “Bu sadece yıldızdan uzaklığın bir fonksiyonu olup yıldıza yaklaştıkça sıcaklığın artmasıyla ilgili. Sıcaklık buzun buharlaşması için yeterince yükseldiği nokta bir süblimasyon çizgisidir” diyor.
Benzetimlerde silikat, su ve karbon monoksitin süblimasyon hatlarındaki basınç farklılıkları üç halkanın oluşumunu sağladı. Silikat hattında kum ve camın temel bileşeni olan silikon dioksit buharlaştı. Bu, Merkür, Venüs, Yer ve Mars’ın oluşacağı Güneş’e en yakın halkayı meydana getirdi. Ortadaki halka donmuş su çizgisinde ve en uzaktaki ise karbon dioksit çizgisinde belirdi.
Halkalarda Doğan Gezegenler
İlkel gezegen diski zamanla soğur ve bu nedenle süblimasyon çizgileri Güneş’e yaklaşır. Benzetim, bu sürecin önce asteroitlerin oluşmasına ve sonra da bunların birleşmesiyle gezegenlerin oluşmasına olanak sağladığını gösterdi. Izidoro, önceki çalışmaların tozun yeterince yoğunlaşması durumunda gezegenimsileri oluşturabileceğini varsaymaktadır. Önceki modellerin hiçbiri tozun nasıl biriktiğine dair ikna edici bir açıklama getirememişti.
“Modelimiz hareketli basınç etkilerinin gezegenimsi fabrikalar gibi davranarak tozu yoğunlaştırdığını gösteriyor. Toz tanecikleriyle başlayan ve küçük milimetre boyutundaki tanelerden gezegenlere ve sonra gezegenlere kadar birçok farklı aşamayı kapsayan gezegen oluşumunu simüle edebiliyoruz” diyor Izidoro.
Kozmokimyasal İmzalar, Mars’ın Kütlesi ve Asteroit Kuşağı Hesabı
Önceki Güneş sistemi benzetimleri Mars’ın Yer’den 10 kat daha büyük sürümlerini üretti. Model Mars’ın Yer’in kütlesinin yaklaşık %10’una sahip olduğunu doğru şekilde tahmin ediyor. Çünkü “Mars diskin düşük yoğunluklu bölgesinde doğdu” diyor Izidoro.
Dasgupta, modelin ayrıca Güneş sisteminin kozmokimyasal sırlarından ikisi için bir açıklama getirdiğini de belirtiyor: iç ve dış Güneş sistemi cisimlerinin kimyasal bileşimleri arasındaki belirgin fark ve Mars ile Jüpiter arasındaki asteroit kuşağının varlığı.
Izidoro’nun benzetimleri orta halkanın, dış sistem malzemesinin iç sisteme girmesini önleyerek kimyasal farklılığı açıklıyor. Benzetimler ayrıca asteroit kuşağının doğru yerde oluştuğunu ve hem iç hem de dış bölgelerdeki cisimlerle beslendiğini gösteriyor.
Dasgupta: “Asteroit kuşağından elde ettiğimiz en yaygın meteorit türü, izotipik olarak Mars’a benziyor. Mars’ın da bu sıradan göktaşlarının yapısıyla neden benzer olduğunu görebiliyoruz” diyor.
Basınç Etkilerinin Zamanlaması ve Süper Dünyalar
Izidoro bazı benzetimlerde Güneş’in orta halkasının gecikmeli olarak ortaya çıkmasının Süper Dünyaların oluşumuna yol açtığını ve bunun da basınç etkisinin zamanlamasıyla ilgili olduğuna işaret ediyor.
“Bazı durumlarda basınç etkisi oluştuğunda iç sistem zaten çok sayıda kütleyle kaplanmış oluyor ve bu da süper Dünyaların oluşmasına olanak veriyor. Yani orta basınç halkası oluşması Güneş Sisteminin yapısında önemli değişime neden olmuş olabilir.”
