Ötegezegenler Konusuna Genel Bakış-1

Güneş dışındaki diğer bir yıldızın yörüngesinde bulunmakta olan gezegenler ötegezegen olarak adlandırılır. İngilizce kullanımda ‘’exoplanet’’ olarak yer almaktadır.

Ötegezegenlerin varlığı yüzyıllar boyunca bilim insanları tarafından öngörülmesine rağmen keşfedilmesi görece çok yeni ve heyecan verici bir gelişmedir. Ötegezegenlerin keşfedilmesinde bu kadar geç kalınmasının sebepleri tespitlerinin oldukça karmaşık ve yenilikçi yaklaşımlar gerektiriyor olmasıdır. Bu yöntemler oldukça çeşitlidir.

Ötegezegenler ile ilgili söylenecek çok söz var. Fakat akıllara gelen ilk soru şu olabilir: “Homo sapiens” neden ötegezegenler hakkında araştırma yapmak konusunda böylesine isteklidir?

İnsanı, doğal seçilim mekanizmaları ile adım adım inşa eden evrim süreci, ona değişime ayak uydurma becerisi, analiz becerisi ve her şeyden önemlisi merak duygusu kazandırmıştır.

Merak duygusu sadece insana özgü olmasa bile insanlığın gelişiminde merak duygusunun büyük rol oynadığını biliyoruz. Bu merak duygusu ile yola çıkan insan aslında özünde kafasındaki soruların cevabını aramaktadır.

• Evrende yalnız mıyız?
• Yaşam nereden köken almaktadır?
• Üzerinde yaşadığımız yeryüzü nasıl meydana geldi?

Biliyoruz ki ötegezegenler hakkında bildiklerimiz ve öğreneceklerimiz bizleri evrenin var oluşunun sırlarına ve yaşamın kökenine götürebilir. Yaşamın iskeletini oluşturan evrimsel sürecin daha iyi anlaşılması için bu gezegenlerdeki olası yaşamın araştırılması büyük önem taşımaktadır.

Ötegezegenler Hakkında Bilgiye Erişim

13 Kasım 2022 günü itibariyle keşfedilen 5.206 adet onaylanmış ötegezegen bulunmaktadır. Ayrıca 9.084 adet de aday ötegezegen bulunmaktadır (NASA, 2021).

Amerikan Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi-NASA’nın ötegezegenler platformu üzerinde yeni keşfedilen ötegezegenler güncel olarak takip edilebilmektedir. Platform kendi içinde gelişmiş bir filtreleme sistemine de sahiptir. Örneğin;

Kepler Uzay Teleskobu tarafından keşfedilen gezegenleri özel olarak filtreleme imkanı sağlamaktadır. Ayrıca gezegenlerin türü ve keşif yöntemi üzerinden de filtrelemeler yapılabilmektedir. Burada bazı yöntemlerin oldukça fazla sayıda gezegenin bulunmasına öncülük ettiğini fark edeceksiniz. Örneğin ‘transit yöntemi’ 3.314 adet ötegezegen keşfine öncülük etmiştir.

Şekil-1. NASA ötegezegenler platformu üzerinde bulunan detaylı tablodan bir kesit. (Image Credit: NASA, 2021)

Şekil-1’de soldan sağa doğru; gezegen isimleri, dünyadan kaç ışık yılı uzakta olduğu, gezegenin kütlesi, parlaklığı ve keşfedilme yılı bilgisi verilmektedir. Burada gezegen isimlerine tıklandığında ilgili gezegenin detaylarını anlatan bir sayfa karşımıza çıkmaktadır.

Ötegezegenler hakkında yapılan öncü çalışmalardan biri NASA Ötegezegen Keşif Programı (NASA’s Exoplanet Exploration Program-ExEP)’tir.

ExEP; NASA’nın ötegezegen araştırmalarını ve araştırma çıktılarını düzenleyen, ötegezenler hakkında bilimsel ve teknolojik çalışmaları destekleyen bir çalışmadır (NASA, 2022).

“Yeni Dünyalar, Astronomi ve Astrofizikte Yeni Ufuklar” isimli rapor 2010 yılında ExEP çalışması olarak yayınlanmıştır (National Research Council, 2010). Bu rapor uzay çalışmalarının fizik, kimya, biyoloji ve bilgisayar bilimleri ile olan kesişimlerini vurgulayarak, gelecek için bilimsel fırsatları öngörebilmek adına ötegezenler hakkında detaylı bilgi içeriğine sahip bir yayın olarak sunulmaktadır.

Avrupa Uzay Ajansı (European Space Agency-ESA), ötegezegenler hakkında yapılan ve gelecekte yapılması planlanan çalışmalarını da kapsayacak şekilde verilerini sunan bir platforma sahiptir (ESA, 2022). Ötegezegenler hakkında detaylı bir arşive ise California Institute of Technology’e bağlı olarak oluşturulan veritabanından erişim sağlayabilirsiniz (Caltech, 2022).

Ötegezegenlerin Keşfi

Ötegezegenlerin özelliklerinden bahsetmeden önce, keşif yöntemlerinin detaylarından da bahsetmek gerekir.

Tahmin edileceği üzere büyük cisimleri tespit etmek daha kolay olduğu için ilk bulunan gezegenler genellikle yerküre ile kıyaslandığında oldukça büyük gezegenlerdir. Büyük gezegenlere Sıcak Jüpiterler ve Süper dünyalar örnek olarak verilebilir (Mustill ve diğ., 2016).

Yaşanabilir, dünya boyutunda olan gezegenler bulmak ise astrobiyolojinin en önemli araştırma konularından bir tanesidir. Ötegezegenleri tespit etmek için kullanılan yöntemler oldukça çeşitlidir.

Astrobiyoloji literatüründe önemli bir yere sahip “Astrobiology” kitabı (David C. Catling, 2019) bu yöntemler arasında en sık kullanılanları ayırarak dolaylı ve doğrudan tespit yöntemleri şeklinde ikiye ayırır.

Dolaylı tespit yöntemlerinde astronomlar yıldızların parlaklık ve konum özelliklerine bakarak gezegenleri tespit ederler. Doğrudan yöntemlerde ise gezegenlerin görüntüsünden veya yaydığı ışığın spektrumundan yararlanılmaktadır.

Şekil-2. David C.Catling’in sınıflandırmasına göre ötegezegen tespit yöntemleri. (Image Credit: David C. Catling, 2019).

David C.Catling’in sınıflandırmasını detaylandıracak olursak, en fazla ötegezegen keşfedilmesine öncülük eden yöntemler hakkında veri sunan aşağıdaki grafiği incelemek gerekir (Şekil 3).

Şekil-3. Keşif yılına bağlı olarak ötegezegen saptama sayısı grafik üzerinde verilmiştir. (Image Credit: Caltech, 2022).

Şekil-3’teki grafikte, keşif yöntemlerine bağlı olarak renk kodları ile gösterilmiştir.

• Mavi: Direkt görüntüleme,
• Turuncu: Kütleçekimsel mikromercekleme,
• Yeşil: Geçiş Yöntemi,
• Kırmızı: Doppler Kayması,
• Mor: Zamanlama Yöntemi

Dolaylı Tespit Yöntemleri

Bahsedilen yöntemleri teker teker açıklayarak altında yatan mekanizmaları anlamlandırmak gerekmektedir.

Astrometride, belirlenen bir yıldızın hareketleri teleskop yardımı ile incelenmektedir. XParallax viu, Astrometrica (Astrometrica), Astrometry.net (Astrometry) gibi araçlar ile desteklenmektedir. Bu tarz araçların kullanımı ve geliştirilmesi ayrıca astrobiyoinformatik (Computational astrobiology) alanına girmektedir.

Evren hakkında bildiklerimizin temelini oluşturan astrometri üzerine derlenmiş bilimsel birçok kaynak mevcuttur (Soffel, 1989; Kovalevsky ve Seidelmann, 2004). Astrometrik yöntemler ile gök cisimlerinin konumları, boyutları ve şekilleri belirlenebilir. Astrometrinin birincil amacı aslında bu bilgilerden faydalanarak cisimlerin hareketlerini tanımlamaktır.

Konum, boyut gibi veriler toplandıktan sonra kinematik olarak (örneğin yıldız kinematiğinde yıldızın kimyasal bileşimi ve yaş gibi özellerinden faydalanılarak hareket ile arasında bir korelasyon kurulmaya çalışılmaktadır) ve dinamik olarak (hareketler dolaylı olarak onlara sebep olan kaynaklar açısından incelirler) değerlendirilirler (Kovalevsky, 2002).

Diğer bir yöntem olan Doppler kayması (radyal hız da denir) bir gezegenin yıldızının ışık spektrumunun konumunu belirleyecek şekilde incelenmesidir. Ses dalgalarındaki Doppler etkisinin benzeridir.

Yıldızların spektrumlarında maviye ve kırmızıya kaymalar meydana gelmektedir. Bu kaymalar da o yıldızın çevresinde bir gezegen olduğuna işaret etmektedir. Söz konusu analiz yapılırken iki faktör dikkate alınır: Kaymanın boyutu ve hızı. Kayma boyutu gezegenin kütlesini, hızı ise gezegenin yörüngeyi tamamlama zamanını belirtmektedir (Fischer ve diğ., 2015).

Geçiş yönteminin dayandığı prensip ise şu şekildedir; gezegenler yıldızlarının önünden geçerken ışıklarında bir azalma meydana gelir. İşte bu azalmayı ölçen yönteme “geçiş yöntemi” adı verilmektedir (Wright ve Gaudi, 2012).

Geçişler, ötegezegen özelliklerinin belirlenmesine yardımcı olabilir. Ötegezegenin yörüngesinin boyutu ve bir kez yörüngeye dönmesinin ne kadar sürdüğünden yola çıkarak hesaplanabilir ve gezegenin kendisinin boyutu, yıldızın parlaklığının ne kadar azaldığına bağlı olarak hesaplanabilir.

Mikromercekleme, Einstein’ın “Genel Görelilik Teorisi”ne dayanmaktadır. Teoriye göre yıldız ile gözlemcinin arasından bir madde geçişi olursa maddenin kütle çekim alanı ışığın bükülmesine yol açacaktır.

Öndeki bu madde ışığı odaklayacak ve yıldızın parlaklığı aşamalı olarak artacaktır. Güneş sisteminden uzak ve kendi yıldızlarından uzak bir yörüngede yerleşmiş ötegezegenleri saptamak için oldukça kullanışlı olmasına rağmen, yine de tek uygulamada birden fazla gezegeni tespit edememektedir. (Bennett ve diğ., 2004).

Doğrudan Tespit Yöntemleri

Hubble uzay teleskobu, yıldızların ışığını engelleyen koronograf aracılığı ile ötegezegenleri tespit etmeyi başarmaktadır. Yeryüzünde bulunan teleskoplardaki diğer bir özellik ise dünya atmosferinin hareketlerinden kaynaklanan bozulmaları düzelten adaptif optiktir.

Ayrıca yıldızların ışığını bertaraf etmek için kullanılan yöntemlerden biri de sıfırlayıcı interferometreleridir. Kullanılan birden fazla teleskop aynası ile dalga ve tepe noktalarını sıfırlamayı başarmaktadır (Jones , 2008; David C. Catling, 2019).

Koronagraf, yörüngede dönen gezegenleri ortaya çıkarmak için yıldızların ezici parıltısını kısmak içindir ve bunların tamamı teleskopun içinde gerçekleşmektedir.

Yıldız ışığını bastırmak için bir araya gelen maskeler, prizmalar ve dedektörler bu sistemin temel bileşenleridir. Teleskop bir ötegezegenden onlarca ışıkyılı yol kat etmiş ışığı yakaladığında gerçek zamanlı olarak esneyen binlerce küçük, piston benzeri aktüatöre sahip kendiliğinden esneyen aynalar içerir.

Bu “deforme olabilen aynalar”, yıldız ışığını bastırmak ve gezegenin ışığını daha net hale getirmek için teleskop optiklerindeki ince kusurları telafi eder.