Hangisi Doğru: Mini Neptün mü, Süper Dünya mı?

Hangisi Doğru: Mini Neptün mü, Süper Dünya mı? Bugüne dek 4000’den fazla öte gezegen keşfettik ve gezegenler hakkında çok şey öğrendik. Peki Dünya’dan 2 kat büyük Süper Dünyalar var mı? Yoksa bunun yerine Mini Neptün mü demek gerekiyor? Sahi, Süper Dünya ve Mini Neptün ne demektir? Yeni gezegen sınıflandırması için süper dünyaları emekli etmenin zamanı geldi mi?

Kaç öte gezegen keşfettik?

Sadece Güneş Sistemi’ne baksak evrende iki tür gezegen var sanırız. Dünya gibi kayalık gezegenler ve Jüpiter gibi gaz devleri… Belki zorlasak Neptün gibi buz devleriyle üçe çıkarız. Kayalık gezegenler küçük ve hafiftir. Atmosferleri nispeten incedir ve Dünya’nın global yeraltı okyanusunu yüzey okyanuslarına eklesek bile az miktarda su içerirler. Evet, Dünya’da bize göre bol su vardır ama Jüpiter’in uydusu Europa’da Dünya’dan 3–3,5 kat daha fazla su var.

Gaz devlerine gelince… Bunların Dünya’dan 10 kat kütleli ve 4-5 kat büyük kayalık çekirdekleri vardır. Çekirdeğin üstü büyük ölçüde hidrojen ve helyum içeren kalın bir atmosferle kaplıdır. Gaz devlerinin atmosferi o kadar kalındır ki çekirdeğe yaklaşan derin katmanlarda hidrojen yüksek basınçla sıvı metalik hidrojene dönüşür. Neptün gibi buz devleri benzer bir yapıdadır ama atmosferinde daha yüksek oranda amonyak ve diğer uçucuları içerdiği için buz devi adını alır.

Oysa artık görevini tamamlamış olan Kepler uzay teleskopu gözlerimizi açtı. Biz de gerek yer gerekse uzay teleskoplarıyla bugüne dek 4000’den fazla öte gezegen keşfettik. Bunun içinde Kepler’in payı ise 2500’ü buluyor; çünkü en yakında öte gezegenleri Kepler buldu. TESS uzay teleskopu daha yeni göreve başladı sayılır ve hem bilinen gezegenleri hem de yeni gezegenleri araştırdığı için katkısı yavaş yavaş artıyor. Bu süreçte biz de 4 yeni gezegen türü bulduk:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Mini Neptün ve süper dünyalar

Aslında gezegenleri daha çok 1) güneşin önünden geçerken oluşturduğu gölgeye ve 2) yıldızların yalpalamasına nasıl yol açtığına bakarak keşfediyoruz. Bu da Dünya benzeri gezegenlerden çok Jüpiter benzeri büyük öte gezegenleri bulmaya elverişli. Nitekim bulması en kolay gezegenler güneşine çok yakın döndüğü ve zaten büyük olduğu için yıldız ışığını çok iyi gölgeleyen Sıcak Jüpiterlerdir. Bunlar yıldıza Merkür’den yakın olduğu için süper sıcak olur. Sıcaktan buharlaşan atmosferini de yavaş yavaş kaybeder. Bunu aklınızda tutun. Bunun dışında Jüpiter’den 70 kat kütleli süper gaz devleri vardır.

Bunlar biraz daha büyük olsa gerçek yıldız olmasına ramak kalmış kahverengi cüce dediğimiz güdük yıldızlara dönüşürdü. Süper gaz devlerinin kütlesi Güneş Sistemi’ndeki gezegenlerin toplamından fazladır. Bunlardan en az iki tanesi varsa toplam kütlesi ultra soğuk kırmızı cücelerden bile fazla olabilir! Üçüncü gezegen türü Dünya’dan 2 kat büyük ve 4-8 kat ağır olduğu düşünülen süper dünyalardır. Bunların büyük bir kayalık çekirdeği ve 100 km derinlikte global okyanusu olduğunu düşünürüz. Mini Neptünler ise daha farklıdır. Bunlar Dünya’dan en az 4 kat büyük ve 8 kat ağır olurlar.

Oysa buraya dek size geleneksel sınıflandırmayı anlattım ama yeni sınıflandırma farklı. Bugün gezegenbilimdeki en önemli tartışmalardan biri süper dünyalar olup olmadığı konusudur. Süper dünyalar nerede başlıyor ve nerede bitiyor? Süper dünyalar hangi noktada Mini Neptün’e dönüşüyor?

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

 

Öncelikle şunu belirtelim

Süper dünyalar yok demek, 4000 gezegen içinde bunları sadece yeni bir sınıfa sokacağımız anlamına gelir. Yoksa 4000 gezegenin varlığından eminiz. Öyleyse Süper Dünyalarla Mini Neptünleri karşılaştıralım. Süper Dünyalar duruma göre su dünyaları ve duruma göre kurak kayalık dünyalardır. Bu da iki şekilde olur: Ya güneş sistemini oluşturan gezegen öncesi diskte karbon miktarı fazladır ya da süper dünyalar güneşe çok yakındır.

İlkinde hidrojenle oksijen atomları birleşerek su molekülleri oluşturmaz. Bunun yerine oksijen karbonla birleşir ve elinizde paslı elmas gezegenler olur. İkinci seçenekte gaz devleri güneşe çok yakın ve yaşlıdır. Bu süreçte atmosferleri tümüyle genleşir ve güneş rüzgarı gazları uzaya üfler. Geriye bu gezegenlerin Dünya’dan 10-15 kat kütleli kayalık çekirdekleri kalır. Üstelik Jüpiter’in kayalık çekirdeğinin eski gezegen çarpışmalarının etkisiyle kısmen parçalandığını biliyoruz. Dolayısıyla bir gaz devi buharlaşırken çekirdeğinin tekrar nasıl konsolide olduğunu bilmeyi de isterdim.

Gelelim Mini Neptünlere… Bunların atmosferi de büyük ölçüde hidrojen ve helyum içerir; çünkü büyük kütleli gezegenlerin yerçekimi en hafif gazları tutacak kadar güçlüdür. Öte yandan atmosferinde büyük oranda amonyak, metan ve diğer hidrokarbonlara ek olarak buz tanecikleri de içerirler. Buz derken de su buzu olması şart değildir. Bunun için Güneş’e en uzak gezegen Neptün’e bakın. Atmosferi o kadar soğuk ki gaz bile donup kar tozuna dönüşüyor. Peki sorun ne? Sorun değil de soru Süper Dünyalar ile Mini Neptünler arasında gerçekten bir fark olup olmadığı:

İlgili yazı: Işık Suda ve Camda Neden Kırılır?

 

Mini Neptün ve gezegen diski

Neden bazı gezegenleri Süper Dünya ve son zamanlarda gittikçe artan sayıda gezegeni de Mini Neptün sınıfına sokuyoruz? Doğrusu süper dünya mantıklı bir terim. Eskiden az sayıda öte gezegen biliyorduk ve kütle dağılımıyla ilgili yeterli veri yoktu. Dünya gezegeninde yaşadığımız için de Dünya’dan 4-8 kat kütleli gezegenlerin kayalık olacağını düşündük. Bunun bir sebebi de gezegen öncesi diskte ön gezegenlerin nasıl oluştuğuyla ilgili bilgilerimizin yetersiz olmasıydı. Şöyle söyleyeyim:

Bir gezegenin nasıl oluştuğunu dikkate almak yerine sadece kütlesine dikkat ederseniz süper dünyalar olacağını düşünürsünüz. Oysa gezegen oluşumuna dikkat ederseniz Mini Neptün beklentiniz artacaktır. Neden derseniz; gezegenlerin nasıl oluştuğunu belirleyen üç ana faktör vardır:

• Gezegen öncesi diskteki başlangıç yoğunlukları… Disk oluşumu sırasında gerçekleşen çalkantılar ve moleküler ölçekteki kuantum salınımları, disk maddesinin iç içe geçmiş halkalar şeklinde toplanmasına yol açar. Öyle ki gezegen öncesi disk arasında boşluk olan Satürn halkalarına Bunu hayal etmenin en kolay yolu gezegen öncesi diski 45’lik Barış Manço plaklarına benzetmektir. Nasıl ki plağın ses kaydı çizgileri var, diskin de halkaları var. Nasıl ki plağın ortasında pikap deliği var, diskin ortasında güneş var. 😉 Ve bu disk plak gibi dönüyor.
• Gezegen rekabeti: İç içe geçen halkalardan bazıları daha kalındır. Bunların kütlesi büyük ve yerçekimi güçlüdür. Haliyle en büyük gezegenleri bunlar oluşturur ve diğer birçok halkayı da gezegen oluşmadan kendine çeker. Oysa diskteki çalkantılar bazen nispeten ince halkaların daha önce gezegen oluşturmasına izin verir. Özellikle de halkaların arası açıksa ve dolayısıyla büyük halkanın yerçekimi zayıfsa… Diğer iki faktöre gelince:

İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru

 

Mini Neptün ve gezegen şartları

• Gezegenler çarpışır, yok olur veya birleşerek daha büyük gezegenler oluşturur… Bu sırada bazı gezegenler güneşe düşerek yok olur. Bazıları da uzayın derinliklerine savrulur. Bunun için Göçmen Jüpiter yazısına bakın ki 8 gezegenli Güneş Sistemi’nin en az 20 gezegenle işe başladığını sanıyoruz. Hatta güneşe yakın süper dünyalar Göçmen Jüpiter yüzünden yok oldu ve kalıntılarından Dünya ile diğer kayalık gezegenler oluştu.
• Güneş ışığı, ısısı, güneş rüzgarı ve radyasyon basıncı… Gezegen öncesi diskin güneşe bakan kısmı sıcak ve kuru, uzaya bakan dış kenarı ise soğuk ve buzludur. Bu yüzden iç güneş sisteminde kayalık gezegenler ve dış güneş sisteminde gaz devleri oluşur. Güneşten en uzak noktada ise madde yoğunluğu yeterli olduğu sürece Neptün benzeri buz devleri oluşur. Ezcümle bizim yapmamız gereken bu şartları gezegen kütlesiyle bilgisayar simülasyonu yaparak birleştirmektir. Buna öte gezegen verilerini de ekleyeceğiz. Böylece Süper Dünyalar var mı, yok mu göreceğiz:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Mini Neptün yarışı kazanıyor

Yeri gelmişken gezegenlerin kütlesi ve büyüklüğü aynı oranda artmaz. Bunun nedeni büyük kütleli gezegenlerin kendi ağırlığıyla içe çöküp ezilmesidir. Gaz devlerinde bu durum daha belirgindir; çünkü gazı çok sıkıştırmak daha zordur ama gazı büzmek kayayı büzmekten kolaydır. En basitinden Jüpiter, Satürn’den 3,33 kat kütleli ama sadece yüzde 15 daha büyüktür. Ultra soğuk kırmızı cüce yıldızlar ise bir gezegene göre o kadar ağırdır ki bunlar sıcak olmasına rağmen aşırı büzüldüğü için sadece Satürn kadar büyüktür! Daha detaylı bilgi için Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi yazısına bakınız.

İkinci nokta sıcak gaz devlerinin pofuduk olmasıdır (Bkz. Evrenin En Sıcak Gezegenleri KELT 9b ve Kepler 70b). Sonuçta ısınan gazlar genleşir. Hatta buz devleri güneşe yaklaşırsa uçucu maddeleri kaybeder. Geriye sadece hidrojen ve helyum kalır. Uçucu maddeleri kolayca buharlaştığı için bu maddeler hidrojenden ağır olsa bile daha kolay kaybederler. Hidrojen ve helyum ise uzaya savrulmadan önce büyük ölçüde genleştiğinden tuhaf biçimde daha uzun ömürlüdür. Sonuçta Neptünler hızla buharlaşırken önce mini gaz devlerine dönüşür! İşte yazının başında hatırlayın dediğim nokta. 😮

Son olarak

Bir gezegenin güneşe buharlaşacak kadar yakın olması hiç de gezegene bağlı değildir. Tersine güneşe bağlıdır. Yıldız ne kadar büyük ve sıcaksa radyasyon basıncı o kadar şiddetli olur. Öyle ki mavi süper dev yıldızlara Jüpiter gibi 800 milyon km uzakta dönseniz bile yavaş yavaş buharlaşırsınız. Bazen de yıldız süpernova olarak patlar ve iç gezegenleri yok eder. Dış gaz devlerinin ise atmosferlerini söküp tüketerek onları kayalık süper dünyalara dönüştürür. Gördünüz mü? Öte gezegen deyip geçmeyin. Mini Neptün oluşumunu tetikleyen çok sayıda faktör var. Peki ya Süper Dünyalar ne olacak?

İlgili yazı: Kuantum Şifreleme ile Şifrenizi Nasıl Kıracaklar?

 

Hiç olmayacak desek?

CHEOPS araştırması¹ açıkça gösteriyor ki Süper Dünyalar en fazla 1,2 ila 1,3 Dünya kütlesinde olabilir. 1,7 Dünya kütlesine çıkan Süper Dünyalar da var ama bunların büyük kısmı 1000 derece sıcakta buharlaşmış Mini Neptünlerdir… Ne de olsa göçmen gaz devleri dış gezegenleri güneşe doğru savurabilir. Peki bu ne anlama geliyor? Dünya’dan 1,4 kat kütleli olan gezegenler hızla kalın bir hidrojen ve helyum atmosfer biriktirerek Mini Neptün’e dönüşecektir.

Demek ki Dünyamız zaten kayalık gezegenler içindeki en büyük dünyalardan biriymiş. Zaten bir süper dünya imiş ama kütle artarken Mini Neptünlere geçiş o kadar hızlı oluyor ki Süper Dünyalar diye ayrı bir gezegen kategorisi açmaya gerek kalmıyor. Zaten Mini Neptünlerin yüzeyine inmenin de manası yok. Bunlar yüzey sıcaklığı ve basıncı düdüklü tencere dünyası Venüs’ten yüzlerce kat yüksek gezegenler. Yüksek basınç ve sıcaklıkta ilginç kimyasal tepkimeler gerçekleşmesinin dışında bunların bir esprisi yok. Zaten Mini Neptünlere inecek teknolojiyi geliştirene dek yerin derinliklerini kazarız.

Nitekim yerkabuğunda 50 km derinlikte benzer kimyasal tepkimeler görülüyor. Öyleyse Süper Dünyalara ilişkin bu yanlış terimi artık emekli ederek Mini Neptünlerimize kavuşalım. Siz de Neptün atmosferindeki elmas yağmurlarına şimdi bakabilir ve gökten sıvı cam yağan hipersonik gezegenleri görebilirsiniz. Dünya benzeri gezegenler ne kadar yaygın diye sorarak yaşama Dünya’dan uygun 24 gezegeni de merak edebilirsiniz. Dahası Dünya gezegenini parçalara ayırmak mümkün mü ve Jüpiter’den güneş olur mu diye sorabilirsiniz. Peki kapak görseline ipucu niyetine baktınız mı? Neptünleri yaşanabilir gezegenlere nasıl dönüştürebileceğimizi ayrıca yazacağım. 😉

Mini Neptün için sonsöz

Mini Neptünlerin diyelim artık, insan yerleşimine uygun olup olmadığını hemen sorgulayabilirsiniz. Öte gezegenlerin röntgenini nasıl çektiğimizi ve öte gezegenlerde yeni uyduların nasıl oluştuğunu da inceleyebilirsiniz. Dokuzuncu gezegen var mı, yoksa mini kara delik mi sorusunu yöneltebilirsiniz. 100 milyar kat zum gücündeki güneş yerçekimi merceği teleskopuyla yaşanabilir dünyalardaki şehirlerin fotoğrafını nasıl çekeceğimize bakabilirsiniz. Hızınızı alamayıp 500 gezegenli yapay yıldız sistemleri ve hatta 1000 gezegenli doğal (!) kara delik sistemlerine; güneşi olmayan başıboş dünyalara ve sıcaktan buharlaşan yumurta gezegen Wasp-121b’ye göz atabilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

Yıldızı Olmayan Başıboş Gezegenler

¹Transit detection of the long-period volatile-rich super-Earth ν² Lupi d with CHEOPS
²Chemistry of Temperate Super-Earth and Mini-Neptune Atmospheric Hazes from Laboratory Experiments
³A super-Earth and a mini-Neptune around Kepler-59