James Webb Uzay Teleskobu (JWST), ikonik çok gezegenli sistem HR 8799’un şimdiye kadarki en net görüntüsünü yakaladı.

Hidrojen sülfürün hoş kokmasını kimse beklemez. Çürük yumurtanın kendine özgü kokusundan sorumlu olan bu molekülün, çığır açan bilimsel bir buluşa imza atacağı kimin aklına gelirdi? 

Ancak dört uzak gaz devinin atmosferinde tespit edilmesi, gezegen biliminin en temel sorularından birine cevap verdi: Bir gezegeni gezegen yapan nedir? Bu yeni keşif, hidrojen sülfürün Güneş Sistemimizin ötesindeki öte gezegenlerde ilk kez tespit edildiği anlamına geliyor.

Daha da önemlisi, gezegenler ve kahverengi cüceler yani nükleer füzyonu tam olarak gerçekleştirememiş başarısız yıldızlar arasındaki belirsiz sınırda yer alan devasa gaz devleri için on yıllardır süregelen bir kimlik krizini çözüyor.

WM Keck Gözlemevi’nden alınan HR 8799 yıldızı (ortada), HR 8799 e (sağda), HR 8799 d (sağ altta), HR 8799 c (sağ üstte) ve HR 8799 b (sol üstte) ile birlikte. AU, astronomik birim; Dünya-Güneş arası uzaklık.

Dört gezegen, Pegasus takımyıldızında bulunan ve 133 ışık yılı uzaklıkta yer alan genç bir yıldız olan HR 8799’un yörüngesinde dönüyor. Son derece büyükler. En küçüğü Jüpiter’den beş kat daha ağır, en büyüğü ise on Jüpiter kütlesine sahip.

Ana yıldızlarından çok uzak mesafelerde yörüngede dönüyorlar; en yakın olanı, Dünya’nın Güneş etrafındaki yörüngesinden on beş kat daha uzakta. 

Kaliforniya Üniversitesi’nden Jerry Xuan, “Uzun bir süre boyunca, bu cisimlerin gerçekten gezegen mi yoksa kahverengi cüce mi olduğu belirsizdi. Sorun, bu cisimleri nasıl tanımladığımızdan kaynaklanıyordu.”

“Gökbilimciler genelde, ayırma çizgisini yaklaşık 13 Jüpiter kütlesi eşiğinde kullanır. Bu kütlenin üzerinde, kahverengi cücelerin sönük yıldızlar gibi hafifçe parlamasına neden olan zayıf bir nükleer süreç olan döteryum füzyonu meydana gelebilir. Bu eşiğin altında ise bir gezegen vardır” diyor.

Döteryum füzyonu, yıldızlarda ve bazı yıldız altı cisimlerde meydana gelen bir nükleer füzyon reaksiyonudur; bu reaksiyonda bir döteryum çekirdeği (döteron) ve bir proton birleşerek bir helyum-3 çekirdeği oluşturur.

Ancak gerçeklik o kadar düzenli değildir. 13 Jüpiter kütlesinden daha küçük kahverengi cüceler mevcutken, bazı gezegen adayları bu sınırı aşar. Kütle tek başına bu nesnelerin nasıl oluştuğunu bize söylemez, bu da gerçek doğalarını belirsiz bırakır.

Kaliforniya Üniversitesi’nden Jean-Baptiste Ruffio, ana yıldızlarından yaklaşık 10.000 kat daha sönük olan gezegenlerden gelen inanılmaz derecede zayıf sinyalleri çıkarmak için yeni veri analiz teknikleri geliştirdi.

Ardından Xuan, kükürtün varlığını doğrulamak için JWST’nin gözlemleriyle karşılaştırılabilecek ayrıntılı atmosferik modeller oluşturdu.

Kükürt tespiti, kesin kanıt niteliğindedir. Gezegenlere gaz, buz ve katı madde olarak dahil edilebilen karbon ve oksijenin aksine, bu gezegenlerin yörüngelerinde bulundukları mesafelerde kükürt yalnızca katı halde bulunabilir.

Bu gezegenlerin kükürtlerini gaz olarak biriktirmeleri mümkün değildir. Genç yıldızın etrafındaki toz ve kaya diskindeki katı maddeden gelmiş olmalıdır. Çekirdeklerindeki ve atmosferlerindeki aşırı ısı, bu katıları bugün tespit edilen hidrojen sülfür gazına dönüştürmüştür.

Bu, bunların kahverengi cüceler değil, gezegenler olduğunu kesin olarak kanıtlar. Bir yıldız gibi doğrudan gazdan çökmek yerine, gezegen oluşum süreçleri yoluyla, protoplaneter diskten katı maddeyi yutarak oluştular.

Hubble Uzay Teleskopu’nun (HST) “Dış Gezegen Atmosferleri Mirası”ndan gerçek renklerde Jüpiter görüntüsü.

Bu uzak dünyalardaki kükürt ve hidrojen oranı, daha yakınımızda bulunan şaşırtıcı bir deseni yansıtır. Jüpiter ve Satürn, Güneş’e kıyasla beklenmedik derecede yüksek oranda ağır element zenginleşmesi gösterir.

Aynı bulutsudan yoğunlaşmış olsalardı beklenenden daha fazla karbon, oksijen, azot ve kükürt içeriyor olurlardı. Şimdi bu aynı özelliği, 133 ışık yılı uzaklıktaki tamamen farklı bir gezegen sisteminde görüyoruz.

Bu araştırma aynı zamanda Dünya benzeri öte gezegenler için uzun vadeli arayışa da katkı sağlar. Araştırmacıların bu gezegenleri yıldızlarından görsel ve spektral olarak ayırmalarını sağlayan teknik, zamanla daha küçük, kayalık dünyaları incelemek için geliştirilebilir.

Gerçek bir Dünya benzeri gezegenin ilk spektrumunu elde etmemize muhtemelen on yıllar var gibi gözüküyor. Ancak o gün geldiğinde, gökbilimciler atmosferlerinde oksijen ve ozon gibi biyolojik izler arayacaklardır.