Gelgit Kilitli Gezegenlerin İç Dünyası: Gündüzden Geceye Dönen Dev Bir Isı Döngüsü

Bir yarısı sürekli kavrulan, öteki yarısı sonsuz bir gecede donan gezegenlerin yüzeyi kadar iç yapısı da merak konusu. Pennsylvania Üniversitesi'nde jeofiziksel akışlar üzerine çalışan Daisuke Noto ve ekip arkadaşlarının yürüttüğü laboratuvar deneyi, böyle gezegenlerin mantosunda gündüz tarafının altında yükselip gece tarafında batan tek ve kararlı bir ısı döngüsü kurulabileceğini gösteriyor. Araştırmacılar, bu iç dolaşımın yüzeyde yerel olarak daha ılımlı ortamlar yaratabileceğini ve gezegenin manyetik alanını bile etkileyebileceğini öne sürüyor. Çalışmada örnek olarak, aşırı koşullarıyla bilinen ötegezegen LHS 3844 b ele alınıyor.

Kavrulan gündüz, donan gece

LHS 3844 b, Hint (Indus) takımyıldızı yönünde, yaklaşık 48,5 ışık yılı uzaklıktaki kırmızı cüce LHS 3844'ün çevresinde dönüyor. NASA'nın TESS uydusuyla 2018'de keşfedilen gezegen, Dünya'nın yaklaşık 1,3 katı yarıçapa ve 2,3 katı kütleye sahip bir süper Dünya. Yıldızına o kadar yakın ki bir yılı yalnızca 11 saat sürüyor. Uluslararası Astronomi Birliği'nin ad verme yarışmasında Kosta Rikalı bir ekibin önerisiyle gezegene Bribri dilinde "kelebek" anlamına gelen Kuaꞌkua, yıldızına ise "sinek kuşu" anlamındaki Batsũ̀ adı verildi.

Gezegenin dönüşü gelgit kuvvetleriyle kilitlenmiş durumda; yani kendi ekseni etrafındaki dönüş süresi yörünge süresine eşit ve hep aynı yüzü yıldızına bakıyor. Gözlemler, LHS 3844 b'nin ısıyı gündüz tarafından gece tarafına taşıyabilecek kalın bir atmosfere sahip olmadığını gösteriyor. Bu yüzden gündüz tarafında sıcaklık 1.000 kelvin, yani 700 santigrat dereceyi aşarken, gece tarafının sıcaklığı mutlak sıfırla uyumlu ölçülüyor. Yüzeyinin, Ay ve Merkür'e benzer biçimde koyu ve bazalt benzeri kayaçlardan oluştuğu düşünülüyor.

Gelgit kilidi aslında bize yabancı bir olgu değil. Ay da Dünya'nın çekim etkisiyle zamanla yavaşlayıp kilitlenmiş ve bu yüzden bize hep aynı yüzünü gösteriyor. Yıldızlarına çok yakın dönen gezegenlerde bu süreç çok daha hızlı işliyor. LHS 3844 b'nin atmosfersiz olduğu sonucu da bu geometri sayesinde çıkarıldı: Spitzer Uzay Teleskobu, gezegenin yörüngesi boyunca yaydığı kızılötesi ışığın nasıl değiştiğini ölçtü. Gündüz yüzü bize döndüğünde ışık en yüksek düzeye çıkıyor, gece yüzü göründüğünde neredeyse tamamen kayboluyordu. Kalın bir atmosfer ısıyı gece tarafına taşıyacağı için bu kadar keskin bir fark beklenmezdi.

Bir tankın içindeki gezegen

Bir gezegenin mantosunda milyonlarca yıl süren akışları doğrudan gözlemek imkânsız. Noto ve ekibi bu yüzden süreci laboratuvarda yeniden kurdu. Isıtma ve soğutma bölgeleriyle donatılmış şeffaf bir tank, mantodaki kayaların yavaş akışını taklit eden koyu kıvamlı gliserolle dolduruldu. Sıcaklığa göre renk değiştiren termokromik sıvı kristaller, akışkanın içindeki sıcaklık dağılımını gözle görülür hâle getirdi. Dört termostat, gündüz tarafı ile gece tarafı ve yüzey ile derin iç kısım arasında beklenen sıcaklık farklarını oluşturdu.

Sonuç şaşırtıcı derecede düzenliydi. Sıcak malzeme gündüz tarafının altında yükseliyor, üst katmanlarda gece tarafına doğru yayılıyor, orada soğuyup batıyor ve derinlerden yeniden gündüz tarafına dönüyordu. Ortaya, gezegen ölçeğinde tek ve sürekli bir konveksiyon döngüsü çıktı. Dünya'nın mantosunda ise konveksiyon çok sayıda hücreye bölünmüş, düzensiz ve zamanla değişen bir yapıya sahip; levha tektoniği de bu karmaşık akışın yüzeydeki yansıması.

Manyetik alan ve yaşanabilirlik

Araştırmacılara göre bu kararlı iç döngü, gezegenin iki yarısı arasında belirgin farklar yaratabilir. Isının ve malzemenin düzenli biçimde bir yönden diğerine taşınması, volkanizmanın ve yüzeydeki jeotermal ısının belirli bölgelerde yoğunlaşmasına yol açabilir. Ekip, bu düzenin özellikle orta enlemlerde yerel olarak daha ılımlı ortamlar oluşturabileceğini öne sürüyor. Noto ayrıca mantodaki akışın sıvı çekirdeğin hareketini etkileyebileceğini ve Dünya'nın iki kutuplu manyetik alanından farklı bir manyetik alan yapısına yol açabileceğini belirtiyor. Manyetik alan, bir gezegenin atmosferini yıldız rüzgârlarına karşı korumada önemli rol oynadığı için bu soru yaşanabilirlik açısından da kritik.

LHS 3844 b'nin kendisi elbette yaşam için uygun değil. Ancak kırmızı cücelerin yaşanabilir bölgeleri yıldıza çok yakın olduğundan, bu bölgelerdeki kayalık gezegenlerin önemli bir kısmının da gelgit kilitli olması bekleniyor. Galaksideki yıldızların büyük çoğunluğunun kırmızı cüce olduğu düşünülürse, bu gezegenlerin iç dinamiklerini anlamak yaşam arayışı için büyük önem taşıyor. James Webb Uzay Teleskobu'nun sıcak kayalık gezegenlerle ilgili gözlemleri ve gelecekteki manyetik alan ölçümleri, laboratuvarda görülen bu düzenin gerçek gezegenlerde de iz bırakıp bırakmadığını sınamaya yardım edecek.