GJ 3090 b yıldızının dönüş yönüne ters dolanıyor: NIRPS’in ortaya çıkardığı sıra dışı yörünge

GJ 3090 b, yıldızının önünden geçerken alınan yüksek çözünürlüklü yakın kızılötesi gözlemler sayesinde alışılmadık yörüngesiyle öne çıktı. Şili’deki La Silla Gözlemevi’nde bulunan ESO 3,6 metrelik teleskoba kurulu NIRPS tayfölçeri, gezegenin yörünge düzleminin yıldızın ekvatoruna göre üç boyutlu yönelimini ölçmeye imkân verdi. Sonuç: yaklaşık 136°’lik bir yörünge eğikliği. Bu değer 90°’yi geçtiği için GJ 3090 b, yıldızının dönüş yönünün tersine, yani retrograd yönde dolanıyor. 810

NIRPS bunu nasıl ölçtü?

Bir gezegen, dönen yıldız diskinin önünden geçerken yıldız ışığındaki tayfsal çizgilerde çok küçük değişimler oluşturur. Yüksek hassasiyetli tayfölçerler bu değişimleri izleyerek gezegenin izlediği yolun, yıldızın dönme ekseni ve ekvatoruyla nasıl hizalandığını çıkarabilir.

GJ 3090 b için NIRPS’in yakın kızılötesi dalga boylarındaki performansı belirleyiciydi. Bu ölçümler, yörünge ile yıldız ekvatoru arasındaki açıyı saptayacak hassasiyeti sağladı. Ψ ≈ 136° sonucu küçük bir eğiklikten değil, gerçekten ters yönde ve güçlü biçimde hizasız bir yörüngeden söz edildiğini gösteriyor. 48

Gözlemler ayrıca gezegenin kütlesini 4,52 ± 0,47 Dünya kütlesi olarak daha hassas biçimde belirledi. 2,18 ± 0,06 Dünya yarıçapı ile birlikte değerlendirildiğinde GJ 3090 b, alt-Neptün sınıfında yer alıyor. Yıldızının çevresindeki bir turunu yalnızca 2,85 günde tamamlıyor. 3

Neden özellikle dikkat çekici?

GJ 3090, küçük ve soğuk bir M tipi kırmızı cüce. GJ 3090 b ise böyle bir yıldızın etrafında retrograd yörüngede bulunduğu bilinen ilk gezegen. 815

Aşırı eğimli yörüngeler daha önce çoğunlukla daha sıcak ve büyük yıldızların çevresindeki sistemlerde ölçülmüştü; bu tür ölçümler o sistemlerde genellikle daha kolaydır. NIRPS’in kızılötesi duyarlılığı, küçük bir gezegenin soğuk bir yıldız çevresindeki yörünge geometrisini incelemeyi mümkün kıldı. 410

Ortada yörüngeyi bozacak büyük bir eşlikçi yok

Böylesine eğik veya retrograd bir yörünge için yaygın açıklamalardan biri, sistemin daha sonraki dönemlerinde yaşanan kütleçekimsel etkileridir. Uzak ve büyük bir gezegen ya da yıldız eşlikçisi, içteki bir gezegenin yörünge düzlemini zamanla değiştirebilir.

Fakat GJ 3090 gözlemlerinde ne geniş yörüngeli bir yıldız eşlikçisine ne de bu etkiyi yaratabilecek kadar büyük bir dış gezegene dair kanıt bulundu. 8 Bu durum tüm dinamik senaryoları dışlamıyor; ancak gizlenmiş dev bir bozucunun en basit açıklama olarak verilerle desteklenmediği anlamına geliyor.

Sistemdeki diğer doğrulanmış gezegen

Ek gözlemlerle en güçlü biçimde doğrulanan ikinci gezegen GJ 3090 c. Bu gezegen yıldızının önünden geçmiyor; ancak yıldız üzerindeki kütleçekimsel etkisi radyal hız yöntemiyle tespit edildi. GJ 3090 c, 15,9 günlük bir yörüngede dolanan, en az 10,0 ± 1,3 Dünya kütlesinde bir alt-Neptün. Yıldızına uzaklığı yaklaşık 0,10 AB; burada AB, Dünya-Güneş arasındaki ortalama uzaklıktır. 324

Bazı duyurular NIRPS’in sistemde “iki başka gezegen” tespit ettiğini belirtiyor. 45 Ancak sunulan kaynaklarda adı, yörünge dönemi ve kütlesi tutarlı biçimde doğrulanan ek gezegen yalnızca GJ 3090 c. Bu nedenle ikinci bir ek gökcismini aynı kesinlikte doğrulanmış gezegen olarak sunmak için yeterli ayrıntı bulunmuyor.

İkinci ve eğik bir disk olasılığı

Alternatif açıklama, retrograd yörüngenin kaynağını sistemin çok erken dönemlerine götürüyor. Buna göre genç yıldız, ilk diskinden farklı hatta ters yönlü açısal momentuma sahip gaz ve tozu daha sonra bünyesine katmış olabilir. Bu malzemeden oluşan ikinci, eğik disk içinde doğan gezegenler de doğal olarak o diskin yönelimini miras alırdı. 6

Bu, GJ 3090 için kanıtlanmış bir oluşum tarihi değil; bir hipotez. Yine de bugün büyük bir yörünge bozucusu bulunmaksızın retrograd bir yörüngenin nasıl ortaya çıkabileceğine dair makul bir çerçeve sunuyor. Bu senaryoda GJ 3090 b’nin ters yönlü hareketi, sonradan yaşanan şiddetli bir kütleçekimsel savrulmanın değil, gezegen oluşumu sırasında diske gelen malzemenin sıra dışı yöneliminiň kalıcı izi olurdu. 68

Benzer sistemlerin bulunması, gezegenlerin farklı yönelimlere sahip ardışık disklerde oluşabileceği fikrini güçlendirebilir. Böylece bir gezegenin yörüngesinin, yıldızının nihai dönüş yönüyle her zaman aynı hizada olmak zorunda olmadığı daha iyi anlaşılabilir.