Hubble ve Webb'den Neptün ötesine ortak bakış: 27 küçük buzlu cisim geçmişini koruyor

NASA'nın Hubble ve James Webb uzay teleskopları, Neptün'ün yörüngesinin ötesinde Güneş'in çevresinde dolanan 27 yeni küçük buzlu cisim keşfetti. The Astronomical Journal'da 8 Eylül'de yayımlanan iki tamamlayıcı çalışmaya göre bu cisimlerin sayısı beklenenden az, renkleri de kendilerinden çok daha büyük akrabalarının renk düzenini izliyor. NASA'nın açıklamasında araştırma, iki teleskobun bu cisimleri incelemek için ilk kez birlikte kullanıldığı ve bugüne kadarki en derin Neptün ötesi tarama olarak tanımlanıyor.

Gezegen yapımının yarıda kalmış şantiyesi

Neptün ötesi cisimler (İngilizce kısaltmasıyla TNO), Güneş Sistemi'nin en uzak bölgelerinde dolaşan küçük, sönük ve buzlu gök cisimleri. NASA'ya göre bunların çoğu çıplak gözle görülebilen cisimlerden 100 milyon kat daha sönük. Bilim insanları için değerleri, gezegen oluşumunun erken bir aşamasını donmuş hâlde saklamalarından geliyor: Genç Güneş'in çevresindeki toz ve çakıl diski önce şehir büyüklüğünde "gezegenimsi" denen katı yapı taşlarına dönüştü, bunlar da birleşerek gezegenleri oluşturdu. Neptün'ün ötesinde bu ikinci adım hiç gerçekleşmedi; geride kalan gezegenimsiler Güneş Sistemi'nin başlangıcına ait bir arşiv gibi duruyor.

Çalışmalar Kanada'daki Victoria Üniversitesi ile ABD'deki Kuzey Arizona Üniversitesi'nden (NAU) iki doktora öğrencisinin liderliğinde yürütüldü. Ekipler gökyüzünün küçük bir bölümünü aynı anda iki teleskopla izledi: Hubble cisimlerin görünür ışığını, Webb ise kızılötesi ışığını kaydetti. NAU'dan Anastasia Morgan cisimlerin renklerini, dolayısıyla yüzey bileşimlerine dair ipuçlarını; Victoria Üniversitesi'nden Marielle Eduardo ise boyut dağılımını inceledi.

Sıcak ve soğuk aileler

Araştırmacılar iki ayrı nüfusa odaklandı. Dinamik açıdan "soğuk" denen cisimler oluştukları yerden pek uzaklaşmamış; Güneş'in çevresinde görece dairesel ve gezegenlerin düzlemine yakın yörüngelerde dolanıyor. "Sıcak" cisimler ise Uranüs ile Neptün'ün bugünkü yörüngeleri arasında oluştu ve dev gezegenler Güneş Sistemi'nin erken döneminde yer değiştirince dışarıya savruldu. Bugün oldukça basık yörüngelerde, gezegen düzleminin altına ve üstüne geçerek dolanıyorlar. Buradaki sıcak ve soğuk nitelemeleri sıcaklığı değil, yörünge davranışını anlatıyor.

Gökbilimciler, milyarlarca yıl boyunca çarpışıp parçalanan küçük cisimlerin yüzeylerinin değişmesini, bu yüzden büyük akrabalarından farklı renkler göstermesini bekliyordu. Gözlemler bunu doğrulamadı: Her iki nüfusun en küçük üyeleri de büyük cisimlerle aynı renk ilişkilerini koruyor. Morgan bulguyu, en küçük cisimlerin nasıl oluştuklarının tarihini bir şekilde "hatırlaması" diye özetliyor. Ortak yazar David Trilling de sıcak cisimlerin, yörüngeleri sonradan karışmış olsa bile doğdukları yerin izini taşıdığını vurguluyor.

Bunun iki olası açıklaması var: Ya bu cisimler sanılandan daha az çarpışma geçirdi ya da yüzeyleri çarpışmalara karşın ilk bileşimini bir biçimde korudu. Ekipler hangisinin doğru olduğunu henüz bilmiyor.

Beklenenden az küçük cisim

Webb verileri her boyuttan kaç cisim bulunduğunu ölçmeyi de sağladı. Eduardo'nun çalışmasına göre sıcak ve soğuk nüfusların boyut dağılımları şaşırtıcı biçimde benziyor. Makalede bu iki nüfusun Güneş'ten yaklaşık 25 ve 45 astronomik birim uzaklıkta oluştuğu varsayılıyor; farklı ortamlardan gelmelerine karşın aynı eğilimi göstermeleri, gezegenimsi oluşumunun diskin sıcak ya da soğuk, yoğun ya da seyrek olmasından pek etkilenmediğine işaret ediyor. Öte yandan çok küçük cisimlerin sayısı, bazı gezegen oluşumu modellerinin öngördüğünden az çıktı.

Bu kadar sönük cisimleri yakalamak için ekip, cisimlerin olası hareketine göre kaydırılıp üst üste eklenen görüntüler ve sahte tespitleri ayıklamak üzere eğitilmiş bir makine öğrenmesi ağı kullandı. Tarama yaklaşık 0,05 derecekarelik, yani dolunayın gökyüzünde kapladığı alanın kabaca dörtte biri kadar bir bölgeyi kapsıyor. NASA en sönük cismi görmeyi, Dünya'dan bakıp Ay'daki küçük bir ateş böceği sürüsünü seçmeye benzetiyor. NASA'nın açıklamasına göre gözlenen en küçük cismin çapı yaklaşık 5 kilometre; bu, yerdeki en hassas teleskopların saptayabildiğinin kabaca beşte biri. Bu tür boyut tahminleri cismin ne kadar ışık yansıttığına dair varsayıma bağlı; makalede en sönük tespitin çapı, yüzde 15 yansıtıcılık varsayımıyla yaklaşık 10 kilometre olarak veriliyor.

Modeller yeniden sınanacak

Trilling, NAU'nun açıklamasında renk ve boyutlarda beklenen çeşitliliğin görülmemesinin, Güneş Sistemi'nin bugünkü hâline nasıl geldiğine dair anlayışta bir eksik olduğunu gösterdiğini söylüyor. Morgan da modellerin çarpışmalarla dolu bir geçmiş öngördüğünü, gözlemlerin ise dış Güneş Sistemi'nin daha sakin geçmiş olabileceğine işaret ettiğini; modellerin düzeltilip yeniden sınanması ve elde bekleyen terabaytlarca verinin incelenmesi gerektiğini belirtiyor.

Bulguların sınırı da açık: Çalışma gökyüzünün çok küçük bir parçasına ve 27 cisimlik bir örnekleme dayanıyor. Daha geniş alanlarda yapılacak derin taramalar, küçük cisim eksikliğinin genel bir özellik mi yoksa bu bölgeye özgü mü olduğunu gösterecek. Yine de çalışma, görünür ve kızılötesi ışıkta birbirini tamamlayan iki teleskobun Güneş Sistemi'nin en eski kalıntılarını incelemede tek başına hiçbirinin sağlayamayacağı bir tablo sunabildiğini ortaya koyuyor.