Sarı cüce sistemlerinin yaşanabilirliği

Sarı cüce sistemlerinin yaşanabilirliği, sarı cüce yıldızlara ait ötegezegenlerin yaşama uygunluğunu tanımlar. Bu sistemler, K-tipi yıldızlara ait olanlar ile birlikte canlı organizmaları barındırmak için en uygun sistemler olarak kabul edildikleri için bilim camiasının araştırma konusudur.
Sarı cüceler, Güneş gibi 0,9 ile 1,1 M arasında kütlelere ve 5000 ile 6000 K arasında yüzey sıcaklıklarına sahip ana dizinin G-tipi yıldızlarını oluşturur. Samanyolu Galaksisinde en yaygın üçüncü ve yaşanabilir bölgenin ultraviyole yaşanabilir bölge ile tamamen örtüştüğü tek galaksilerdir.
Daha büyük kütleli ve parlak yıldızlarda yaşanabilir bölge daha uzakta olduğu için, ana yıldız ile bu bölgenin iç kenarı arasındaki mesafe sarı cücelerde kırmızı ve turuncu cücelere göre daha fazladır. Bu nedenle, G-tipi yıldızların bu bölgesinde bulunan gezegenler, oluşumlarından sonra meydana gelen yoğun yıldız emisyonlarından korunurlar ve yıldızlarının kütleçekimsel etkisinden daha küçük yıldız kütlelerine ait gezegenler kadar etkilenmezler. Bu nedenle, bu tür yıldızların yaşanabilir bölgesindeki tüm gezegenler gelgit kilitleme sınırını aşar ve bu nedenle dönüşleri yörüngeleriyle senkronize olmaz.
Sarı bir cücenin yörüngesinde dönen Dünya, gezegensel yaşanabilirliğin bilinen tek örneğini temsil ediyor. Bu nedenle, ötegezegenbilim alanındaki asıl amaç, Güneş'e benzer bir yıldızın etrafında büyüklük, ortalama sıcaklık ve konum gibi temel özelliklerini karşılayan bir Dünya analog gezegeni bulmaktır. Bununla birlikte, teknolojik sınırlamalar, onları yıldızlarından veya yarı ana eksenlerinden ayıran mesafenin bir sonucu olarak, geçişlerinin sık olmaması nedeniyle bu nesnelerin bulunmasını zorlaştırmaktadır.
Özellikler
Sarı cüce yıldızlar, kütleleri 0,9 ile 1,1 M, arasında ve yüzey sıcaklıkları 5000 ile 6000 K arasında olan ana dizinin G sınıfı yıldızlarına karşılık gelir. Güneş'in kendisi G2V tipinde bir sarı cüce olduğundan, bu tür yıldızlar güneş analogları olarak da bilinirler. Toplam Samanyolu'nun %10'unu temsil eden kırmızı ve turuncu cücelerden sonra en yaygın ana dizi yıldızları arasında üçüncü sırada yer alırlar. Yaklaşık 10 milyar yıl ana dizide kalırlar. Güneş'ten sonra Dünya'ya en yakın G-tipi yıldız, 4.4 ışıkyılı uzaklıkta bulunan ve çoklu yıldız sistemine ait olan Alpha Centauri A'dır.
Tüm yıldızlar, oluşumlarından sonra, hayatlarının başlangıcında çok daha hızlı olan dönüşleri nedeniyle yoğun bir faaliyet aşamasından geçerler. Bu sürenin süresi nesnenin kütlesine göre değişir: G-tipi yıldızlar için 500 milyona kıyasla, en küçük kütleli yıldızlar bu durumda 3 milyar yıla kadar kalabilir. Villanova Üniversitesi'nde astrofizikçi olan Edward Guinan'ın ekibi tarafından yapılan araştırmalar, Güneş'in ilk günlerinde on kat daha hızlı döndüğünü ortaya koyuyor. Bir yıldızın dönme hızı onun manyetik alanını etkilediğinden, Güneş'in X-ışınları ve UV emisyonları bugünkünden yüzlerce kat daha yoğundu.
Kırmızı cücelerde bu fazın uzaması ve potansiyel olarak yaşanabilir gezegenlerinin onlara göre olası gelgit kilitlenmesi, bu gezegenlerin manyetik alanını yok edebilir ve neredeyse tüm atmosferlerinin ve sularının kaybına neden olabilir. yıldız rüzgarı ile etkileşime girerek uzaya. Buna karşılık, G-tipi yıldızların yaşanabilir bölgesine ait gezegen nesnelerinin yarı ana ekseni, gezegen dönüşüne izin verecek kadar geniştir. Buna ek olarak, yoğun yıldız aktivitesi döneminin süresi, yıldız rüzgarlarının etkilerine karşı koyabilecek bir yerçekimi ve manyetosfere sahip olan, Dünya'nınkine benzer veya daha büyük kütleli gezegenlerde atmosferin önemli bir kısmını ortadan kaldırmak için çok kısadır.
Yaşanabilir bölge
Sarı cücelerin etrafındaki yaşanabilir bölge, boyutlarına ve parlaklıklarına göre değişir, ancak Güneş gibi G2V sınıfı bir cücede iç sınır genellikle 0,84 AU ve dış sınır 1,67'dir. 0,95 R'lik G5V sınıfı bir cücede -daha küçük- yaşanabilir bölge, yıldıza göre 0,8 ile 1,58 AU arasında yer alan bölgeye karşılık gelirken, G0V tipi -daha büyük- bir cücede yıldız gövdesinden 1 ile 2 AU arasında bir mesafede yer alacaktır. Yaşanabilir bölgenin iç sınırından daha küçük yörüngelerde, bir su buharlaşma süreci, fotoliz yoluyla hidrojen ayrılması ve hidrodinamik kaçış ile uzaya hidrojen kaybı tetiklenecektir. Yaşanabilir bölgenin dış sınırının ötesinde, sıcaklıklar CO 2 yoğuşmasına izin verecek kadar düşük olacaktır, bu da albedoda bir artışa ve kalıcı bir küresel buzullaşma meydana gelene kadar sera etkisinin geri besleme azalmasına yol açacaktır.
Yaşanabilir bölgenin boyutu, yıldızının kütlesi ve parlaklığı ile doğru orantılıdır, bu nedenle yıldız ne kadar büyükse, yaşanabilir bölge o kadar büyük ve yüzeyinden o kadar uzaktır. Ana dizinin en küçüğü olan kırmızı cüceler, kendilerine yakın çok küçük bir yaşanabilir bölgeye sahiptir ve bu, sistemdeki potansiyel olarak yaşanabilir gezegenleri olası gelgit kilitlenmesi de dahil olmak üzere yıldızlarının etkilerine maruz bırakır. G8.5V tipi Tau Ceti gibi küçük bir sarı cücede bile, kilitleme sınırı 0,4237 AU'dur ve yaşanabilir bölgenin iç sınırını belirleyen 0,522 AU'dur, yani bu bölgede G sınıfı bir yıldızın yörüngesinde dönen herhangi bir gezegen nesnesi kilitleme sınırını çok aşacak ve Dünya gibi gece-gündüz döngülerine sahip olacak.
Sarı cücelerde bu bölge tamamen ultraviyole yaşanabilirlik bölgesi ile çakışmaktadır. Bu alan, ötesinde ultraviyole radyasyona maruz kalmanın DNA için çok yüksek olacağı bir iç sınır ve canlıların biyojenik işlemlerini gerçekleştirmeleri için minimum seviyeleri sağlayan bir dış sınır tarafından belirlenir. Güneş sisteminde bu bölge, yaşanabilir bölgenin uç noktalarını belirleyen 0,84-1,67 AU'ya kıyasla Güneş'e göre 0,71 ile 1,9 AU arasında yer alır.
Yaşam olasılığı
G-tipi yıldızlarda ana dizinin uzunluğu, yaşanabilir bölgelerindeki ultraviyole radyasyon seviyeleri, bu bölgenin iç sınırının yarı ana ekseni ve gelgitlerine olan uzaklık göz önüne alındığında Kilitlenme sınırı, diğer faktörlerin yanı sıra, sarı cücelerin K-tipi yıldızların yanında hayata en misafirperver olduğu kabul edilir.
Ötegezegen araştırmasının bir amacı, gezegenimizin yarıçap, kütle, sıcaklık, atmosferik bileşim gibi temel özelliklerine sahip olan ve Güneş'e benzer bir yıldıza ait olan bir nesne bulmaktır. Teorik olarak, bu Dünya analogları, dünya dışı yaşamın çoğalmasına izin verecek karşılaştırılabilir yaşanabilirlik koşullarına sahip olmalıdır.
Kırmızı cüce sistemleri ve F tipi veya daha yüksek yıldız cisimleri tarafından sunulan gezegensel yaşanabilirlik için ciddi sorunlara dayanarak, yaşam için katlanılabilir bir senaryo sunabilecek tek yıldızlar, K ve G tipi yıldızlar olacaktır Güneş analogları eskiden güneş benzeri bir gezegen sistemine ev sahipliği yapma olasılığı en yüksek adaylar ve karbon bazlı yaşam formlarını ve sıvı su okyanuslarını desteklemek için en iyi konumlanmış olarak kabul ediliyor. René Heller ve John Armstrong'un "Süper Yaşanabilir Dünyalar" gibi sonraki çalışmaları, turuncu cücelerin yaşam için G-tipi cücelerden daha uygun olabileceğini ve varsayımsal süper yaşanabilir gezegenlere ev sahipliği yapabileceğini ortaya koyuyor.
Bununla birlikte, sarı cüceler hala yaşam için uygun olduklarına dair kanıt bulunan tek yıldız tipini temsil etmektedir. Ayrıca, diğer yıldız türlerinde yaşanabilir bölge ultraviyole yaşanabilir bölge ile tamamen çakışmazken, G-sınıfı yıldızlarda yaşanabilir bölge tamamen ikincisinin sınırları içinde yer alır. Son olarak, sarı cüceler, K-tipi yıldızlardan çok daha kısa bir yoğun yıldız aktivitesi başlangıç aşamasına sahiptir; bu, güneş analoglarına ait gezegenlerin ilkel atmosferlerini daha kolay korumalarına ve ana sekansın çoğu için onları korumalarına olanak tanır.
Keşifler
Keşfedilen dış gezegenlerin çoğu, diğer sistemlerin etrafındaki gezegenleri bulmak için geçiş yöntemini kullanan Kepler uzay teleskobu tarafından tespit edildi. Bu prosedür, gözlemevi perspektifinden bir gezegen nesnesinin önlerinden geçişini gösteren eğimleri saptamak için yıldızların parlaklığını analiz eder. Yıldızlarda yörüngelerinde dönen gezegenlerin yerçekimi etkilerinin neden olduğu titreşimleri analiz etmeyi içeren radyal hız yöntemi ile birlikte ötegezegen araştırmalarında en başarılı olan yöntemdir. Bu prosedürlerin mevcut teleskopların sınırlamalarıyla birlikte kullanılması, yörüngeleri Dünya'nın yörüngelerine benzer veya daha yüksek olan nesnelerin bulunmasını zorlaştırır, bu da kısa bir yarı ana eksene sahip gezegenler lehine bir önyargı oluşturur. Sonuç olarak, tespit edilen ötegezegenlerin çoğu ya aşırı derecede sıcaktır ya da yaşanabilir bölgesi kendilerine yakın olan düşük kütleli yıldızlara aittir ve bu bölgede yörüngede dönen herhangi bir nesne Dünya'dan önemli ölçüde daha kısa bir yıla sahip olacaktır.
Kepler-22b, Kepler-452b veya Dünya gibi sarı cücelerin yaşanabilir bölgesine ait gezegen cisimlerinin yıldızlarının etrafındaki bir yörüngeyi tamamlamaları yüzlerce gün sürer. Bu yıldızların yüksek parlaklığı, geçişlerin azlığı ve gezegenlerinin yarı büyük ekseninin yaşanabilir bölgede yer alması, bu sınıftaki nesneleri tespit etme olasılığını azaltmakta ve KOI-5123.01 ve KOI-5927.01 örneklerinde olduğu gibi yanlış pozitiflerin sayısını önemli ölçüde artırmaktadır. Önümüzdeki on yıl için öngörülen yer tabanlı ve yörüngesel gözlemevleri, sarı cüce sistemlerinde Dünya analoglarının keşiflerini artırabilir.
Kepler-452b
Kepler-452b, Kuğu takımyıldızında, Dünya'dan 1400 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır. Yaklaşık 1,6 R <sub id="mwARs">⊕</sub> yarıçapı, Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nde (CfA) bir araştırmacı olan Courtney Dressing ekibi tarafından belirlenen, tellürik gezegenleri mini-Neptün'den ayıran sınıra yerleştiriyor. Gezegenin yoğunluğu Dünya'nınkine benzerse, kütlesi yaklaşık 5 M ⊕ ve yerçekimi iki kat daha büyük olacaktır. Güneş gibi bir G2V tipi sarı cüce Kepler-452'ye aittir ve güneş sisteminin 4.5 Ga'sına karşı tahmini yaşı 6 milyar yıldır (6 Ga ).
Yıldızının kütlesi Güneş'inkinden biraz daha yüksektir, 1.04 M, bu nedenle, etrafındaki yörüngesini 365 karasal güne karşı 385 günde bir tamamlamasına rağmen, Dünya'dan daha sıcaktır. Benzer albedo ve atmosferik bileşime sahipse, ortalama yüzey sıcaklığı 29 C civarında olacaktır.
NASA'nın Ames Araştırma Merkezi'nden Jon Jenkins'e göre, Kepler-452b'nin karasal bir gezegen mi, okyanus dünyası mı yoksa mini Neptün mü olduğu bilinmiyor. Eğer Dünya benzeri bir tellürik cisimse, muhtemelen daha yüksek bulut yoğunluğuna, yoğun volkanik aktiviteye sahip olacak ve ana dizi boyunca yaşanabilir bölgesinde kaldıktan sonra yıldızının parlaklığındaki sürekli artış nedeniyle Venüs'ünkine benzer kontrolsüz bir sera etkisine maruz kalmak üzere olacaktır. SETI Enstitüsü bilim adamı ve Kepler misyonunun bir üyesi olan Doug Caldwell, Kepler-452b'nin Dünya'nın bir milyar yıl sonra geçeceği süreçten geçebileceğini tahmin ediyor.
Tau Ceti e
Tau Ceti e, Dünya'dan 12 ışıkyılı uzaklıkta, Cetus takımyıldızında G8.5V tipi bir yıldızın yörüngesindedir. 1,59 R ⊕ yarıçapına ve 4,29 M ⊕ kütleye sahiptir, bu nedenle Kepler-452b gibi karasal ve gaz gezegenler arasındaki ayrım sınırında yer alır. Yalnızca 168 günlük bir yörünge periyoduyla, Dünya benzeri bir atmosferik bileşim ve albedo varsayıldığında sıcaklığı yaklaşık 50 C olacaktır.
Gezegen, yaşanabilir bölgenin hemen iç ucunda yer alıyor ve Dünya'dan yaklaşık %60 daha fazla ışık alıyor. Büyüklüğü ayrıca atmosferinde daha yüksek bir gaz konsantrasyonu anlamına gelebilir, bu da onu süper Venüs tipi bir nesne yapar. Aksi takdirde, keşfedilen ilk termogezegen olabilir.
Kepler-22b
Kepler-22b, Cygnus takımyıldızında olup 600 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır. Her 290 günde bir G5V tipi yıldızının etrafında bir tur atmaktadır. Yarıçapı 2,35 R ⊕'dir ve Dünya benzeri bir yoğunluk için tahmini kütlesi 20,36 M ⊕ olacaktır. Gezegenin atmosferi ve albedo'su Dünya'nınkine benzer olsaydı, yüzey sıcaklığı 22 C civarında olurdu.
Kepler teleskopu tarafından yıldızının yaşanabilirlik bölgesine ait bulunan ilk ötegezegendi. Büyüklüğü nedeniyle, Courtney Dressing'in ekibi tarafından belirlenen sınır göz önüne alındığında, mini Neptün olma olasılığı çok yüksektir.