Dünya Benzeri Gezegenler Evrende Ne Kadar Yaygın?

Güneş Sistemine benzeyen yıldız sistemleri, Güneş tipi yıldızlar ve Dünya benzeri gezegenler evrende ne kadar yaygın? Dolayısıyla evrende yaşam ne kadar yaygın? Hayatın Güneş Sistemi, Güneş ve Dünya’ya benzeyen ortamlarda daha kolay ortaya çıkıp barındığını düşünüyorsanız uzayda yaşam bulma olasılığını hesaplamak açısından bu soruların yanıtını bulmak gerekir. Peki Güneş Sistemi evrende yaygın mı, nadir mi? Dünya’daki yaşam da yaygın mı; yoksa bir istisna, şanslı bir rastlantı mı?

Dünya benzeri gezegen ihtimali

Gökbilimde çok yaygın bir söylence vardır: Güneş evrende tipik bir yıldızdır. Doğrudur, kimyasal bileşim açısından Güneşimizin diğer yıldızlardan pek farkı yoktur. Yüzde 70 oranında hidrojen, yüzde 28 helyum ve yüzde 1-2 de diğer elementlerden oluşarak nükleer füzyonla enerji üretir. Ana sıralamada kaldığı sürece çekirdeğinde hidrojeni kaynaştırarak helyum üretecek, bu süreçte ısı ve ışık saçacaktır. Bu açıdan Güneş ve diğer ana sıralama yıldızları (hidrojen yakanlar) evrendeki 10²⁴ yıldızın ezici çoğunluğunu oluşturuyor. Öte yandan yaygınlık bakış açısına bağlıdır:

Güneş evrendeki yıldızların yüzde 95’inden daha parlak, kütleli ve kısa ömürlüdür. Evrende rastgele bir yıldız seçseniz yüzde 80 ihtimalle daha soğuk, soluk ve düşük kütleli bir kırmızı cüce olacaktır. Aslında yıldızların büyük kısmı Güneş’e benzemez. Peki ya gezegenler? Sonuçta kozmik sicimler gibi insanın aklını başından alan bazı sıra dışı teorileri saymazsanız yaşam yıldızlarda değil, gezegenlerde belirir.

Bunun için bugüne dek bulduğumuz öte gezegenlere, yani Güneş Sitemi dışındaki başka yıldızların çevresinde dönen gezegenlere bakarsanız (ki 4000 öte gezegen bulduk) Dünya’dan az büyük gezegenlerin, en azından Samanyolu galaksisinde en yaygın gezegenler olduğunu düşünürsünüz.

O zaman da çok yanılırsınız; çünkü saptayacağımız gezegen türlerinin oranı büyük ölçüde gezegen arama yöntemlerimize bağlıdır. Uzayda bulacağınız belirli türden öte gezegenlerin sayısı kullandığınız teleskopun teknolojisine göre değişir. Bu yüzden önce Dünya benzeri gezegen arama yöntemlerimizi geliştirmemiz gerekiyor:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Dünya benzeri gezegenleri aramak

İlk öte gezegenler 1990’larda yer teleskoplarıyla bulundu ve bunlar yalnızca en büyük, en kütleli gezegenlerdi. Güneş Sistemi’nin en büyük gezegeni olan Jüpiter’den bile büyük gezegenler… Bunlar ayrıca bizim gaz devlerimiz gibi yıldızından uzak değil, tersine ona çok yakın olan sıcak öte gezegenler; teknik adıyla Sıcak Jüpiterlerdi. Öyle ki yıldız çevresindeki turunu hızla tamamlıyorlar ki bu gezegenlerde bir yıl sadece birkaç Dünya günü sürüyordu. Sıcak Jüpiterler Güneş’e Merkür’den yakındı ve yavaşça buharlaşıyordu. Peki evrendeki en yaygın gezegenler Sıcak Jüpiterler mi? İlgisi yok:

Onlar 90’ların teknolojisiyle bulabildiğimiz biricik gezegen türüydü. Nitekim 25 yıl önce yıldızların yalpalamasına bakıyorduk. Örneğin Güneş Sistemi’nin en cüsseli gezegeni olan Jüpiter teknik olarak Güneş’in çevresinde dönmez. Güneş ve Jüpiter birbirinin çevresinde döner; çünkü Jüpiter’in en kütleli gezegen olup kütlesi diğer tüm gezegenlerin toplamından fazladır.

Güneş’le Jüpiter’in yerçekimi merkezi Güneş yüzeyinin hemen dışında, uzayda kalır. Kısacası Jüpiter Güneş’i kendi çevresinde dönerken belirgin şekilde topaç gibi yalpalamasına yol açacak kadar kütlelidir. İşte 1990’larda biz de öte gezegenleri yıldızların yalpalamasına bakarak arıyorduk. Haliyle ancak en iri gezegenleri bulabiliyorduk. Neden derseniz:

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Bütün kütleli cisimler birbirini çeker

Dünya Güneş’i çeker ama Güneş Dünya’yı çok daha güçlü çeker ki Dünya’nın yerçekimi sayılmaz ama Jüpiter Güneş’i oldukça güçlü çeker. Sıcak Jüpiterler ise kendi yıldızlarını çok daha güçlü çeker. Bunların yadsınamayacak etkisi yıldız yalpalaması olarak görülür. Oysa hikaye bundan ibaret değil: Bir de yıldızları uygun açıyla görmeniz lazım ki yalpalamayı tespit edelim.

Nitekim bu yıldızlar kuşbakışı bakınca iki yana yatışını göremeyeceğimiz kadar uzaktı. Oysa bazıları kısmen bize dönüktü ki bunları yarı kuşbakışı (izometrik) veya tam karşıdan, yani ekvatoruna paralel olarak görebiliyorduk. Kısacası yalpalamayı yıldızın iki yana hafif ileri-geri oynaması olarak görüyorduk. Bu hareket ne kadar şiddetliyse yıldız çevresindeki gezegen o kadar kütlelidir.

Oysa bu yöntem size gezegenin uzaklığını vermez. Bunun için aynı zamanda gezegenin kütlesini gösteren yıldız ışığına bakmanız gerekir: 1) Yıldız oynarken bize az yaklaşıyorsa ışığı maviye ve az uzaklaşıyorsa kırmızıya kayar (Bkz. Maviye ve kırmızıya kayma nedir). 2) Işığın maksimum kayma oranı gezegen kütlesini ve ne kadar hızlı kaydığı da gezegenin yıldıza yakınlığını verir.

Buna ek olarak ışık tayfındaki kaymanın ne kadar geniş bir şeridi kapsadığı (ışık tayfının ne kadar büyük bir kısmının kaydığı) yıldızın bize olan açısını, yani ona bakış açımızı verir. Kısacası yer teleskoplarıyla 1) Ancak en büyük gezegenleri ve 2) Bunların içinde de ancak uygun görüş açısında olan, yani bize uygun şekilde dönük olan gezegenleri tespit edebileceğimizi anlarsınız. Bu da uzayda Dünya benzeri gezegenleri bulmanızı engeller ama son 20 yılda yepyeni gezegen avlama yöntemleri geliştirdik. 😉

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Dünya benzeri için Kepler teleskopu

Bir yıldızın az mavi ve kırmızı görünmesinin bize ne kadar faydalı olduğunu gördük ki bu yöntemi artık radyal hız olarak adlandırıyoruz (yıldızın kendi ekseni çevresinde dönercesine çizdiği minicik yörüngenin yıldızın uzaydaki konumunda yol açtığı küçük periyodik oynama). Gezegen ne kadar kütleli ise yıldız o kadar şiddetli yalpalar dedik ya, bunun aynı zamanda gezegenin yakınlığına bağlı olduğuna dikkat edin. Klasik yöntemle sadece en iri ve yıldıza en yakın gezegenleri bulabiliriz.

Bunun göze çarpmayan bir kolaylığı daha vardır: Yakın gezegenler 1 yılını daha kısa sürede tamamladığından radyal hızı kısa sürede defalarca ölçmenizi ve ölçüm hatalarını düzeltmenizi sağlar. Özetle Sıcak Jüpiterler ilk keşfedilen öte gezegen türü oldu ama zamanla Dünya’ya daha çok benzeyen gezegenler keşfetmeye başladık. Bunu NASA’nın 2009-2018 yıllarında çalışan Kepler uzay teleskopu sayesinde yaptık ki Kepler radyal (ışınsal, dairesel, açısal) hız değil, düzgeçiş yöntemini kullanıyordu:

Bu kez yıldızı gerçekten tam karşıdan ve yörüngesindeki gezegenleri de yıldızın önünden geçerken görürsünüz. Yıldızla aramızdaki uzaklık genellikle 10-10 bin ışık yılı olduğu için gezegenlerin gölgesi görülemeyecek kadar küçüktür ama gezegenler yıldızın önünden düz geçerken ışığını az karartır. Bu da gezegenin çapını verir:

Aslında yıldızların uzaklığına bağlı olan görünüşteki parlaklığını değil ama gerçek parlaklığını görmenin yolları vardır. Bunu bilirseniz yıldızın kütlesini de bilirsiniz; çünkü yıldızın gerçek parlaklığı sıcaklığına ve o da doğrudan kütlesine bağlıdır ki buna bakarak gezegenlerin özelliklerini de çıkarabilirsiniz.

Nasıl mı?

Yıldızın kütlesi ve çapını, ayrıca gezegenin çapını bilirseniz yıldızın çevresinde ne hızla döndüğünü de bilirsiniz. Bu yöntemi radyal hız yöntemiyle birleştirince (o da karşıdan bakınca işliyordu, unutmayın) gezegenin kütlesini bilirsiniz. Çapını ve kütlesini karşılaştırınca gezegenin yoğunluğunu öğrenirsiniz (kayalık gezegen mi, süper dünya, gaz veya buz devi mi?). Özetle Kepler uzay teleskopu Sıcak Jüpiterlere ek olarak Dünya benzeri gezegen ve diğer tür öte gezegenleri bulma şansımızı artırmıştır:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Dünya benzeri gezegen bulmak zor

Kepler’in de kendi sınırlamaları vardı: Galaksinin bize en yakın sarmal kolundaki yıldızlara bakıyor ve birkaç bin ışık yılı genişlikteki bir şerit üzerinde aynı anda 100 binden fazla yıldızda düzgeçiş yapan gezegenlerden kaynaklanacak soluklaşmayı araştırıyordu. Tabii gezegenleri ayırt etmek için sadece düzenli olarak az solup parlayan yıldızları dikkate alıyordu. Bu yöntemin en büyük dezavantajı yıldızı karşıdan görmeye radyal hız yönteminden daha da bağımlı olmasıydı. En azından Dünya benzeri gezegenler için: Kısacası Kepler hangi gezegen türü olursa olsun, yalnızca karşıdan bakınca görülebilecek veya en yakın gezegenleri tespit ederek galaksideki numune sayısını azaltıyordu.

İkincisi: Dünya benzeri gezegenler genellikle Güneş’e yakındır ama çok yakın değildir. Oysa bu sebeple yörüngeleri az eğik olabilir, yani Güneş’e karşıdan bakarken bu gezegenleri görme ihtimaliniz azalır. Düzgeçiş yöntemiyle yıldıza çok yakın olan gezegenleri bulmak daha kolay, uygun uzaklıkta olan (ne yakın ne uzak) Dünya benzeri gezegenleri bulmak ise zordur. Yörünge eğikliği bir gezegenin hep aynı şekilde düzgeçiş yapmasını ve bizim de periyodik ışık solmasını tespit etmemizi zorlaştırır; çünkü gezegen kaynaklı kararmalar birkaç farklı periyotta gerçekleşebilir. Güneş takvimini düşünün:

Bazı aylar 30, bazıları 31 ve şubat ayı da her dört yılda 29 çeker. Buna karşın 1 yılın uzunluğu hep aynıdır. Bunlara periyodik kombinezonlar denir. Tabii ki Kepler verilerini analiz etmek için geliştirilen algoritmalar periyodik kombinezonları da inceliyor ama bu yüzden Kepler verilerini inceleyip ilk bakışta gözden kaçan Dünya benzeri gezegenleri bulmak yıllar alıyor. Yine de Kepler düzgeçiş sınırlamaları yüzünden olduğundan çok daha az sayıda Dünya benzeri gezegen bulmamıza izin vermiştir.

Toparlarsak

Kepler irili ufaklı, kayalık ya da gaz devi; Güneş’e en yakın gezegenleri kolayca buluyordu. Dış gezegenleriyse bunlar gaz devi olacak kadar büyük olsa bile zor buluyordu; çünkü uzak gezegenler içinde sadece ekvatora paralel geçenleri saptayabiliyordu. Bunun için de yıldıza tam karşıdan bakmak şarttı ve yıldızların çoğu Kepler’e uygun açıda değildi. Peki bu kısıtlamayı aşmanın bir yolu var mı?

İlgili yazı: En Eski Kara Delik 36 Trilyon Güneşten Parlak

 

Var ama o da sınırlı

Aslında yıldızın önünden çapraz geçen eğik yörüngeli iç gezegenleri de yukarıdaki algoritmalarla bulmak kolaydır ama bu gezegenlerin yıldıza Merkür kadar veya daha yakın olması gerekir. Özetle Kepler Dünya benzeri gezegenler bulsa bile bunlar genellikle yıldıza en yakın gezegenler oluyordu. O kadar yakın gezegenlerin ise aşırı sıcak olduğundan yaşamı desteklemesi imkansızdı. Nitekim Dünya benzeri gezegen ne demektir? Dünya çapı ve kütlesinde herhangi bir kayalık gezegen! Oysa Anadol da arabadır, Mercedes ve hafriyat kamyonu da… Bunlar birbirine benzer ama çok genel olarak.

Dünya benzeri düzgeçiş

Düzgeçiş yöntemiyle gezegen bulmak öncelikle yıldızın çapı ve parlaklığına bağlıdır. Küçük ve soluk yıldızların ışığında gezegen kaynaklı solmayı bulmak çok daha zordur: Güneş büyüklüğünde bir yıldız için Merkür büyüklüğünde olup Güneş’e Merkür kadar yakın dönen bir gezegenin yıldız önünden geçiş açısı yıl içinde 1,37 dereceye kadar değişebilir. Bu açı yıldız ışığındaki soluklaşmayı saptama şansımızı belirler. Merkür’ün Güneş’e uzaklığı ortalama 58 milyon km’dir.

Merkür benzeri bir gezegeni 1,37 derece açıyla saptama olasılığı yüzde 0,76’dır. Bu olasılığın yüzde 76 olması için gezegeni uzun yıllar gözlemlemek gerekir. 1 Merkür yılı 88 Dünya günü olduğuna göre yüzde 76 olasılık için 8800 / 365 gün, yani 24 yıl beklemeniz gerekebilir. Neyse ki bu genellikle maksimum süredir ama bugün 4000 teyit edilmiş öte gezegen olmasına karşın birçok gezegenin varlığının teyit edilmesinin neden 5-10 yıl daha süreceğini artık tahmin edersiniz.

Öte yandan Merkür, Güneş’e Dünya kadar uzak olsa (ortalama 150 milyon km) düzgeçiş açısı sadece 0,30 derece oynar ve tespit ihtimali yüzde 0,30’a düşer (2,53 kat azalır). Jüpiter uzaklığında (ortalama 778 milyon km) açı 0,101 dereceye düşer ve olasılık yüzde 0,056 olur. Neptün uzaklığında ise açı 0,0177 derece ve tespit olasılığı yüzde 0,0098 olacaktır! Açı derken bu, gezegenin yıldızın önünden geçerken görüş açımızda ne kadar yer değiştirdiğini, kaydığını gösteren ölçüdür (açı saniyesi, salisesi vb.).

Dahası var

Tabii dış gezegenler Merkür’den çok daha büyüktür ve bu da onları tespit etme olasılığını artırır ama bunların yılı da Dünya’dan çok uzun sürer (Örneğin 1 Neptün yılı 165 Dünya yılıdır). O zaman da gezegen kaynaklı periyodik solmayı yüksek doğruluk payıyla saptamak yüz yıllar alacaktır. 😛

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Kepler teleskopunun engelleri

Kepler ile Dünya benzeri gezegen saptamaktaki diğer zorluk gezegenin çapıdır. Merkür gibi küçük bir gezegen yıldızın önünden bir yılda 30 kez geçiyorsa yıldız ışığında toplam yüzde 10 azalmaya neden olur. Bu azalma size büyük gibi gelebilir ama Kepler’in hassas gözlerinin de bir sınırı var: Yıldızda görülecek 30 kararma Merkür benzeri bir gezegenin tespit edilme olasılığını bu gezegen olduğundan 3,2 kat küçükmüş gibi azaltacaktır. Yıldıza çok daha yakın ve büyük olup da yılda 100 kez geçiş yapan gezegenleri saptamak daha kolay olacaktır. Öyleyse Kepler’in üç sınırlaması var:

Gezegenin çapı, yakınlığı ve Dünya’dan bakıldığında ekvatora paralel görünecek gezegenler. Sonuç olarak Kepler uzay teleskopu da Dünya benzeri gezegenlerden çok Güneş’e yakın olan Sıcak Jüpiterleri, Jüpiter’den büyük gezegenleri bulabildi. Peki önümüzdeki tek engel bu mu? Hayır, sanılanın aksine bir yıldız ne kadar büyükse yörüngesindeki gezegenleri bulmak o kadar zordur. Örneğin mavi devleri düşünün. Bunların çapı o kadar büyüktür ki yıldızın enine yan yana 12 bin dünya sığabilir! Bu da Dünya benzeri bir gezegenin yıldız ışığını 30 geçişte onda bir değil yalnızca 12 binde bir azaltması demektir. 😮

Böylece gezegenlerin yıldızın önünden geçmesi daha uzun sürecek ve güya onları tespit etme olasılığı artacaktır ama tersine, çok azalır! Yıldız o kadar parlaktır ki Kepler’in gözünü alır ve yıldıza yakın olan en büyük gezegenleri bile görmek zorlaşır. Dahası yaşama uygun gezegenler parlak mavi devlere çok daha uzak olmak zorundadır (yoksa okyanuslar buharlaşır). Bu da 1 yılda geçiş sayısını azaltır (öte gezegenlerin yılı daha uzun sürer). Kısacası onları görmek iyice zorlaşır.

Sözün özü

Kepler yaşama uygun olabilecek Güneş benzeri yıldızların yörüngesindeki gezegenleri bulmakta pek başarılı değildir. Şu anda elimizde Dünya benzeri gezegen bulmakta en başarılı teleskop 2018’de fırlatılan TESS’tir. Kepler’den 400 kat büyük bir alanı gören TESS hem aynı anda binlerce kat daha fazla yıldız görüyor hem de daha parlak yıldızlardaki gezegen kaynaklı soluklaşmayı görebiliyor. Nitekim Dünya’ya benzeri en fazla gezegeni TESS buldu. Peki daha iyisini yapabilir miyiz?

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Kırmızı cüce ve Dünya benzeri gezegen

Artık elimizdeki teleskopların sınırlarını bildiğimize göre Dünya benzeri gezegenleri bulmak için ne tür yıldızlara bakmalıyız? Kırmızı cüceler en iyisidir. Gerçi bunlar küçük ve ışığı soluktur. Neyse ki soluk ışıkta gezegenlerin Dünya kadar sıcak olması için genellikle yıldıza Merkür’den yakın olması gerekir. Öte yandan kırmızı cüceler çok küçük olduğu için gezegenlerin düzgeçişle neden olduğu soluklaşmayı saptamak da zordur. Yine de kırmızı cücelerin 4 avantajı vardır:

• Evrendeki yıldızların yüzde 80’i kırmızı cücedir, yani numune sayısı fazladır.
• Kırmızı cücelerin çevresinde daha fazla sayıda Dünya benzeri gezegen döner.
• Kırmızı cücelerin çevresindeki gezegen sayısı diğer tür yıldızların gezegen sayısına eşittir.
• Kırmızı cücelerin yüzde 6’sı gezegene uygun yakınlık ve sıcaklıkta Dünya benzeri gezegen içerir.

Yeni teleskoplar şart

2021’de fırlatılacak James Webb uzay teleskopu yakın ve orta bant kızılaltı (kızılötesi) ışığa duyarlı olarak kırmızı cüce gezegenlerini daha kolay tespit edebilir. Nitekim son 25 yılda evrende hangi gezegenlerin yaygın olduğuna dair bakış açımız değişti. Eskiden en yaygını Sıcak Jüpiterler sanıyorduk. Sonra Neptün tipi buz devleri, ardından Mini Neptünlerin daha yaygın olduğunu fark ettik. Gittikçe daha küçük gezegenleri görebildiğimiz için Süper Dünyalar ve hatta Dünya benzeri gezegenlerin en yaygın gezegen olduğu da ortaya çıkabilir. Peki galaksideki Dünya benzeri gezegen sayısı nedir?

Samanyolu 1,5 trilyon Güneş kütlesinde ve 200 ila 400 milyar yıldız içeriyor. Bunların içinde 40 ila 100 milyar Dünya benzeri gezegen olmalı. Öte yandan yaşama en uygun gezegenler, süper yaşanır dünyalar insan yaşamına hiç uygun olmayabilir. Ayrıca güneş sistemlerinde oluşan 20 gezegenin en azından yarısının uzaya savrularak kaybolduğunu biliyoruz (bu soğuk başıboş gezegenlerde hayatın ortaya çıkıp yeraltında saklanmış olma ihtimali düşüktür).

İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?

 

Dünya benzeri için toparlarsak

Güneş benzeri yıldızlar galakside yaygın değil. Gerçi yeni teleskopların ışığında birçok yıldız sisteminin Güneş Sistemi gibi 8-10 gezegen içerdiğini biliyoruz ama gezegen türleri ve türüne göre gezegenlerin güneşe uzaklığı açısından Güneş Sistemi nadir görünüyor. Bunu da 4,5 milyar yıl önce Güneş’e göç edip eski süper dünyaları yok eden Göçmen Jüpiter’e borçluyuz.

Bu sebeple uzayda bakteriler yaygın ama insan zekası nadir olabilir. NASA’nın hem görünür ışık hem morötesi hem de kızılaltını gören mucize teleskopu LUVOIR 2039’da fırlatıldığında gerçekten Dünya benzeri olan öte gezegen sayısını daha iyi ölçerek yaşam olasılığını çok daha kesin hesaplayacağız. Peki Gezegenler Güneş Çevresinde Nasıl Dönüyor ve evrenin en sıcak gezegenleri ne kadar sıcak? Onu da şimdi okuyabilir ve gezegen avcısı TESS teleskopuna bakarak öte gezegenlerde nasıl yaşam aradığımızı görebilirsiniz. Yeni bir hafta başlarken sağlıcakla ve bilimle kalın. 😊

Dünya benzeri öte gezegenler

¹Formation of Terrestrial Planets
²Terrestrial Planet Formation at Home and Abroad
³Planetesimals to Terrestrial Planets: collisional evolution amidst a dissipating gas disk