Genç Güneş Sisteminde Buz

TW Hydrae yıldız sistemi buz oluşumu animasyonu

Uzak, genç bir güneş sisteminde ilk kez bir buz çizgisi görüntülendi. Güneş-benzeri TW Hydrae yıldızının etrafındaki disk içerisinde bulunan buz çizgisi Güneş Sistemi’nin geçmişi ve gezegenler ile kuyruklu-yıldızların yapısını oluşturan faktörler hakkında daha fazla bilgi edinmemizi sağlayacak. Sonuçlar Science Express’te yayınlandı.


Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizgesi’ni (ALMA) kullanan gökbilimciler genç bir güneş sistemine ait buz çizgisini ilk kez görüntüledi. Yeryüzünde, buz çizgisi sıcaklığın giderek düştüğü yüksek rakımlarda havadaki nemin buza dönüşmesiyle oluşur. Bu çizgi karla kaplı zirvenin bittiği ve kayalık yüzeyin başladığı bir dağ üzerinde açıkça bellidir.

Genç yıldızların etrafındaki buz çizgisi benzer şekilde meydana gelir, yıldızdan uzakta, güneş sistemini oluşturan diskin soğuk kıyısında. Yıldızdan başlayarak dışarıya doğru, su (H2O) ilk olarak donmaya, ilk buz çizgisini oluşturmaya başlar. Yıldızdan daha da uzakta, sıcaklık düştükçe, daha ilginç moleküller donarak buza dönerler, karbondioksit (CO2), metan (CH4), ve karbon monoksit (CO) gibi. Birbirinden farklı bu buzlar toz taneciklerinin dış kısmında yapışkan bir tabaka oluşturur ve çarpışmalar nedeniyle parçalanmalarına karşı bir direnç sağlar, böylece bu toz parçacıkları gezegenler ve kuyrukluyıldızları oluşturan maddenin temel yapıtaşı haline gelirler. Buz ayrıca katı madde miktarını arttıraraj gezegen oluşum sürecini önemli ölçüde hızlandırmaktadır.

Her bir farklı buz çizgisi — su, karbon dioksit, metan ve karbon monoksit için — belki de özel gezegen türlerinin oluşumu ile ilişkilendirilebilir [1]. Bir güneş sisteminde bizimki gibi Güneş-benzeri bir yıldızın, su buzu çizgisi Mars ve Jüpiter yörüngeleri arasındaki bir uzaklığa karşılık gelmektedir, ve karbon monoksit çizgisi ise Neptün yörüngesi civarında olacaktır.

ALMA ile gözlenen buz çizgisi yeryüzünden 175 ışık-yılı uzaklıkta bulunan genç yıldız TW Hydrae etrafındaki karbon monoksit buz çizgisinin ilk işaretidir. Gökbilimciler yeni oluşmakta olan bu güneş sisteminin sadece birkaç milyon yıl yaşındaki Güneş Sistemi'yle benzer özellikleri paylaştığına inanıyor.

“ALMA bize genç bir yıldızın etrafındaki buz çizgisinin olağanüstü heyecan verici olan ilk gerçek görüntüsünü sağladı, çünkü bu görüntü bize Güneş Sistemi'nin erken dönemleri hakkında da önemli bilgiler veriyor,” diyor araştırma makalesinin baş yazarlarından biri olan Chunhua “Charlie” Qi (Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi, Cambridge, ABD). “Şimdi bizimkine benzeyen başka bir güneş sisteminin daha önceden gizli kalan donmuş uzak bölgelerine ait detayları görebiliyoruz.”

Ancak karbon monoksit buz çizgisinin varlığı sadece gezegenlerin oluşmasından daha büyük etkilere sahip olabilir. Karbon monoksit buzu metanolün oluşması için gereklidir, bu da yaşam için gerekli olan daha karmaşık organik moleküllerin temel yapıtaşlarından biridir. Eğer kuyruklu yıldızlar bu molekülleri yeni oluşmakta olan Dünya-benzeri gezegenlere doğru taşırsa, bu gezegenler yaşam için gerekli olan içeriklerle donatılmış olacaklardır.

Daha önce, buz çizgileri doğrudan görüntülenememişti, çünkü genellikle görece dar öncül-gezegenimsi disklerin merkezi bölgelerinde oluşmaktaydılar, bu nedenle konumları hassas bir şekilde belirlenememekteydi. Bu dar bölgenin üstünde veya altında yer alan buz çizgileri, yıldızdan gelen ışınım nedeniyle buz oluşumunu engellemektedir. Merkezi bölgedeki toz ve gaz yoğunluğu bölgeyi ışından korumak için gereklidir, böylece karbon monoksit ve diğer gazla soğuyarak donmaya başlarlar.

Gökbilimciler ekibi zekice bir yöntem yardımıyla diskin iç kısımlarını, buzun oluştuğu bölgeyi incelemeyi başardılar. Buzu aramak yerine — doğrudan gözlenemediği için — diazenylium (N2H+) olarak bilinen bir molekülü aradılar, bu molekül tayfın milimetre bölgesinde ışıltılı bir şekilde parlamaktadır, ve böylece ALMA gibi bir teleskop için mükemmel bir hedef haline gelmektedir. Bu narin molekül karbon monoksit gazının varlığında kolayca yok olabilmektedir, bu nedenle sadece karbon monoksitin buz haline geldiği ve etkisini yitirdiği yerlerde tespit edilebilir miktarda görülmektedir. Aslında karbon monoksit buzunu bulmanın anahtarı diazenylium molekülünü bulmada yatıyor.

ALMA'nın gökbilimcilere diazenyliumun varlığını ve dağılımını izleyebilme imkanı veren eşsiz duyarlılığı ve çözünürlüğü, yıldızdan yaklaşık 30 astronomi birimi uzaklıktaki bir sınırı açıkça belirlemeyi sağladı (Yer-Güneş arasındaki mesafenin 30 katı). Bunun etkisiyle TW Hydrae yıldızının etrafındaki disk içerisinde karbon monoksit buzunun negatif görüntüsü elde edildi, bu görüntü karbon monoksit buz çizgisinin, teorinin tam olarak tahmin ettiği yerde görülmesi için kullanıldı — diazenylium halkasının iç kenarında.

“Bu gözlemler için tamamı 66 taneden oluşacak ALMA'nın sadece 26 antenini kullandık. Diğer yıldızların etrafındaki buz çizgilerinin işaretleri hali hazırda diğer ALMA gözlemlerinde ortaya çıkıyor, bu nedenle gelecekte teleskoplar tamamlandığında tam dizge ile yapılan gözlemler sayesinde bunların çoğu gözler önüne serilecek ve gezegenlerin oluşumu ve evrimi ile ilgili heyecan verici öngörülere sahip olacağız. Sadece bekleyin ve görün”, diye sonlandırıyor Hollanda, Leiden Gözlemevi'nden Michiel Hogerheijde.

Notlar

[1] Örneğin, kuru, kayalık gezegenler su buzu çizgisinin (yıldıza yakın olan) iç kısımlarında, sadece tozun bulunabileceği yerlerde oluşurlar. Diğer aşırı uçta, karbon monoksit buz çizgisinin ötesinde buzlu dev gezenler meydana gelirler.

Daha fazla bilgi

ALMA projesi Şili Cumhuriyeti ile işbirliğinde bir Avrupa, Kuzey Amerika ve Doğu Asya ortaklığıdır. ALMA Avrupa’da ESO tarafından, Kuzey Amerika’da ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) ve Kanada Ulusal Araştırma Vakfı (NRC) ile Tayvan Ulusal Bilim Konseyi (NSC) işbirliği tarafından, Doğu Asya’da Tayvan’daki Sinica Akademisi (AS) işbirliği ile Japonya Ulusal Doğa Bilimleri Enstitüsü tarafından desteklenmektedir. ALMA’nın yapımı ve işletilmesi Avrupa kısmında ESO tarafından, Kuzey Amerika kısmında Üniversiteler Birliği Kuruluşu (AUI) tarafından yönetilen Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi (NRAO) tarafından, Doğu Asya kısmında Japonya Ulusal Gökbilim Gözlemevi (NAOJ) tarafından yürütülmektedir. Birleşik ALMA Gözlemevi (JAO), birleştirilmiş liderliği ve ALMA’nın oluşturulması, idaresi ve işletilmesinin yönetimini sağlamaktadır.

Bu araştırma Science Express dergisinin 18 Temmuz 2013 tarihli sayısında bir makale olarak sunulmuştur. 

Araştırma ekibinde C. Qi (Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi, ABD), K. I. Öberg (Gökbilim ve Kimya Bölümü, Virginia Üniversitesi, ABD), D. J. Wilner (Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi, ABD), P. d’Alessio (Gökbilim ve Gökfiziği Merkezi, Meksiko Ulusal Üniversitesi, Meksika), E. Bergin (Gökbilim Bölümü, Michigan Üniversitesi, ABD, S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi, ABD), G. A. Blake (Jeoloji ve Gezegen-bilimleri Bölümü, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü, ABD), M. R. Hogerheijde (Leiden Gözlemevi, Leiden Üniversitesi, Hollanda) ve E. F. van Dishoeck (Max Planck Yer-ötesi Fiziği Enstitüsü, Almanya) yer almaktadır. Qi ve Öberg bu çalışmanın ortak yazarlarıdır.

Kaynak: ESO