Güneş gençliğinde bir gezegen yuttu mu? Ege Üniversitesi'nden cesur bir model

Güneş Sistemi, başka yıldızların çevresinde en sık rastlanan gezegen türlerinden birinden yoksun. Dünya'dan büyük ama Neptün'den küçük olan ve "süper Dünya" ya da "mini Neptün" diye anılan bu gezegenler, galaksimizde son derece yaygın; bizim sistemimizde ise hiç yok. İzmir'deki Ege Üniversitesi'nden astrofizikçi Prof. Dr. Mutlu Yıldız, bu eksikliğe cüretkâr bir yanıt öneriyor: Belki vardı, ama Güneş onu yuttu. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'de eylül başında yayımlanan çalışmaya göre genç Güneş'e Dünya'nın birkaç katı kütlede bir gezegen düşmüş ve bu olay yıldızın içinde bugün bile ölçülebilecek bir iz bırakmış olabilir. Yıldız, en iyi uyumu veren modelin öngördüğü gezegene Türkçe bir ad da vermiş: Dev Dilek.

Güneş modellerinin iki eski sorunu

Gökbilimciler Güneş'in iç yapısını, yüzeyindeki titreşimleri inceleyerek ölçüyor. Helyosismoloji adı verilen bu yöntem, yer bilimcilerin deprem dalgalarıyla Dünya'nın içini incelemesine benziyor: Güneş'in içinde yol alan ses dalgaları, katmanların yoğunluğunu ve sıcaklığını ele veriyor. Sorun şu ki standart Güneş modelleri bu ölçümlerle tam örtüşmüyor. Özellikle sıcak plazmanın kaynayan su gibi yukarı aşağı hareket ettiği dış katman olan konveksiyon bölgesinin hemen altında, sesin hızı modellerin öngördüğünden farklı çıkıyor; bu bölgenin derinliği de hesaplarla uyuşmuyor.

İkinci sorun lityum. Güneş'in yüzeyinde bu hafif elementten beklenenden çok daha az var. Güneş'in doğduğu bulutsuda, bugün yüzeyde görülenin yaklaşık yüz katı lityum bulunduğu düşünülüyor. Yıldız, Kraliyet Astronomi Derneği'nin (RAS) duyurusunda bu iki sorunun Güneş'in erken kimyasal geçmişinde ortak bir kökeni olup olamayacağını merak ettiklerini anlatıyor. Gezegenler, oluştukları diskteki gazdan kimyasal olarak farklı olduğu için, erken dönemde yutulan bir gezegen genç Güneş'in içinde kimyasal bir imza bırakmış olabilir.

Model ne söylüyor?

Çalışmada yıldız evrimi hesaplarında yaygın olarak kullanılan açık kaynaklı MESA yazılımıyla, Güneş'in henüz ana kol evresine girmediği dönemde metalce zengin malzeme yutması canlandırıldı. Gökbilimde helyumdan ağır her element "metal" sayılıyor. Model ayrıca gezegen oluşumuna eşlik eden, metalce fakir disk malzemesinin Güneş'e birikmesini de hesaba kattı.

Helyosismik verilere en iyi uyan model, yaklaşık 5,6 Dünya kütlesinde bir süper Dünyanın yutulmasını öngörüyor; başarılı modeller 5 ile 10 Dünya kütlesi arasında yoğunlaşıyor. Yutulan malzeme konveksiyon bölgesinin hemen altına çöküyor ve orada yerel bir ağır element fazlalığı oluşturuyor. Bu fazlalık, ışığın içeriden dışarı ilerlemesini zorlaştırarak iç katmanların dengesini değiştiriyor. Lityum tarafında da model belirli bir koşulla çalışıyor: Yutulan gezegen lityumca fakirse ve kütlesi 4,6 ile 5,8 Dünya kütlesi arasındaysa, bugünkü düşük lityum düzeyi yeniden üretilebiliyor. Yıldız'ın en çok şaşırdığı nokta, iki bağımsız sorunun hesaplarının bu kadar dar bir kütle aralığında buluşması.

Akla gelen ilk itiraz, modele yeni bir ayar eklemenin uyumu her durumda iyileştireceği. Çalışma bunu da sınadı: Gezegen yutmadan yalnızca karışım parametreleriyle oynanan kontrol modelleri uyumu kısmen iyileştiriyor, ancak Bayes Bilgi Kriteri adlı istatistiksel ölçüt, gezegenli modelin üstünlüğünün yalnızca esneklik artışıyla açıklanamayacağını gösteriyor. Yıldız ayrıca kayalık, sıkı yapılı bir gezegenin Güneş'in dış katmanlarını geçerken çok az kütle kaybedeceğini de hesapladı.

Fikrin kökleri on yıl öncesine uzanıyor. Rebecca Martin ve Mario Livio 2016'da, bir ya da birkaç süper Dünyanın Merkür'ün yörüngesinin içinde oluşup gaz diski içinde içeri göç ederek genç Güneş'e düşmüş olabileceğini öne sürmüştü. Yıldız farkı şöyle özetliyor: Önceki çalışma böyle bir göçün mümkün olduğunu gösterdi; yeni çalışma ise Güneş'in bu yutmanın gözlenebilir bir kanıtını hâlâ taşıyıp taşımadığını soruyor.

Öteki yüz: Berilyum ele veriyor

Güneş'in tek başına olması işi zorlaştırıyor; karşılaştırılabilecek bir ikizi yok. Başka yıldızlarda ise doğa hazır bir deney düzeneği sunuyor: çift yıldızlar. Aynı gaz bulutundan aynı anda doğan iki yıldızın kimyasal bileşiminin neredeyse aynı olması beklenir. Biri ötekinden belirgin biçimde farklıysa, sonradan bir şey olmuş demektir.

Brezilya'daki São Paulo Üniversitesi'nden doktora öğrencisi Anne Rathsam ve danışmanı Jorge Meléndez, Astronomy & Astrophysics'te yayımlanan çalışmalarında Güneş benzeri HD 129171 ve HD 129209 çiftini inceledi. Avrupa Güney Gözlemevi'nin VLT teleskobuna bağlı UVES spektrografının verileri, HD 129171'in eşine göre demir, magnezyum, silisyum, kalsiyum ve titanyum gibi kayalık gezegenleri oluşturan "refrakter" elementlerce zengin olduğunu gösterdi. Bu desen, en az 11,2 Dünya kütlesinde kayalık malzemenin yutulduğu bir modelle açıklanıyor.

Lityum, berilyum ve bor evrenin kimya tarihinde istisna. Diğer elementler ya Büyük Patlama'nın ilk dakikalarında ya da yıldız çekirdeklerindeki füzyonla oluşurken, berilyum ve bor esas olarak yüksek enerjili kozmik ışınların karbon, azot ve oksijen çekirdeklerini parçalamasıyla ortaya çıkıyor. Yani bir yıldız kendi içinde berilyum üretmiyor; yüzeyinde fazladan berilyum varsa, dışarıdan gelmiş olmalı. Lityum da gezegen yutmanın işareti olarak kullanılıyor, ancak yıldız içinde kolayca yanıp yok oluyor. Rathsam'a göre berilyum daha dayanıklı ve kimyasal imzası daha uzun süre korunuyor. Yöntemin bir sınırı da var: Malzemenin tek büyük bir gezegenden mi yoksa birkaç küçük cisimden mi geldiği, son kimyasal imzadan ayırt edilemiyor.

Sırada ne var?

İki çalışma da kesin kanıt iddiasında değil. Yıldız, Güneş'in bir gezegen yuttuğunu kesin olarak kanıtlamanın mümkün olmayabileceğini kabul ediyor; ancak modelin öngördüğü yapısal ve kimyasal imza bağımsız gözlemlerle saptanırsa bunun güçlü bir kanıt olacağını söylüyor. Berilyum yöntemi ise kimyasal olarak farklı başka çift yıldızlara uygulandıkça, gezegen yutmanın ne kadar sık yaşandığına sayısal bir yanıt verebilecek. Meléndez'e göre dinamik simülasyonlar, ötegezegen gözlemleri ve çift yıldız kimyası birlikte değerlendirildiğinde, Güneş Sistemi'ne benzeyen sistemlerin sanıldığından daha az yaygın olabileceği sonucu çıkıyor. Yıldız'ın modeli doğruysa, bugün "sakin" diye örnek gösterilen Güneş Sistemi de gençliğinde en az bir gezegen kaybetmiş olacak.