25 ışık yılı uzaktan baktığımızda başka bir Güneş Sistemi neye benzerdi? Karşınızda uzay teleskoplarının çektiği fotoğraflarla Fomalhaut sistemi!

Güneş Sistemi ve Enkaz Diskinin Oluşumu

Yaklaşık 4.5 milyar yıl önce içinde bulunduğumuz Güneş Sistemi büyük bir gaz ve toz bulutundan ibaretti. Zaman içerisinde bu gaz ve tozlar kütleçekiminin de etkisiyle kendi içine çöktü ve sistemin merkezinde Güneş’i oluşturdu. Güneş’in etrafındaki gaz ve toz diskinin içinde ise ilkel gezegenler var olmaya başladı. Gezegenler oluştukça bu yoğun gaz da dağıldı ve bütün bu süreçlerden geriye asteroidler ve kuyruklu yıldızlardan oluşan enkaz diski kaldı. Örneğin Güneş Sistemimizde hala yoğun biçimde gözlemlediğimiz Mars ve Jüpiter arasındaki asteroid kuşağı ve Neptün ötesindeki Kuiper kuşağı, sistemimizin oluşumundan arta kalan enkaz diskinin ta kendisi. 

Eğer yıldız ve gezegen sistemleri bu biçimde oluşuyorsa, gökyüzünde gördüğümüz yıldızların etrafında da buna benzer enkaz disklerini görmemiz gerektiğini düşünmek, oldukça mantıklı bir varsayım. Bu enkaz disklerini bugüne kadar hep animasyonlar ve sanatçı tasvirleri üzerinden gördük. Peki, bu tür bir sistem illustrasyonların dışında uzaktan bakıldığında gerçekten nasıl görünürdü? O hâlde sizleri Fomalhaut sistemiyle tanıştıralım. 

Fomalhaut Yıldızı ve Gizemli Kızılötesi Işıma

Gökyüzünde bize 25 ışık yıllık uzaklığıyla, görece yakın bir yıldız olarak kabul edebileceğimiz Fomalhaut, enkaz diskini görebildiğimiz bir yıldız adına verebileceğimiz müthiş bir örnek. 440 milyon yıl yaşındaki Fomalhaut yıldızı, aynı zamanda gökyüzünün en parlak yıldızlarından biri. Bize bu kadar yakın ve bu kadar genç bir yıldız olduğundan, uzak gezegen sistemleri hakkında bize benzersiz bilgiler sağlayabilir. 

Bu doğrultuda 1980’li yılların başında astronomlar, Dünya’nın ilk kızılötesi uzay teleskobu olan IRAS’i kullanarak Fomalhaut’a odaklamışlardı. Ancak bu yıldızdan beklenenden çok daha fazla kızılötesi ışık geldiği tespit edildiğinde Fomalhaut’un sıradan bir yıldız olmadığı anlaşılacaktı.

Astronomların bu yoğun kızılötesi ışımaya dair ilk şüphesi, yıldızın etrafını sarmış dev bir toz diskinin varlığıydı. Çünkü bu toz diskinde bulunan bol miktarda taş parçasının yıldız tarafından radyasyona maruz kalması mümkündü. Radyasyona maruz kalan bu maddeler ise ışığın kızılötesi dalgaboyunda parıldayarak, bu yıldızdan gelen yüksek miktarda kızılötesi ışığı açıklayabilirdi. 

Fomalhaut b Gezegeni

1990’ların sonlarında Fomalhaut'un etrafında varlığı önceden tahmin edilmiş toz diski, kızılötesi teleskoplarla doğrudan gözlemlenmişti. Diskten daha çok bir toz halkası diyebileceğimiz bu yapının varlığının doğrulanmasıyla birlikte Fomalhaut, Hubble Uzay Teleskobu ve ALMA gibi önemli teleskopların ilgi odağı hâline geldi.

Bu yıldızın etrafı bol miktarda materyalle dolu olduğu için, burada ötegezegenleri de görmek kağıt üzerinde mümkündü. Nitekim ilerleyen yıllarda bu toz halkasında belirgin bir kümelenme fark edilmiş ve bunun bir gezegen olduğu düşünülerek buna Fomalhaut b ismi verilmişti.

Ancak Fomalhaut’un 2004’ten 2014’e kadar yapılan gözlemlerinde, bu yapının yavaş yavaş dağıldığını gördük. Dolayısıyla bu, muhtemelen bir gezegen değil, dağılan bir toz bulutundan ibaretti. 

Fomalhaut ve Halka Sistemi

Gezegenleri bulmanın yanı sıra, Fomalhaut sistemini daha iyi anlamamız için incelememiz gereken bölgeler, yıldızın etrafındaki halkalar olmalı. Çünkü bu bölge, irili ufaklı taş parçaları bakımından yoğun olduğu için, bu taş parçalarının birbirleriyle birleşerek gezegenleri oluşturması mümkün.

Daha önce Hubble Uzay Teleskobu ile bu halkayı gözlemlemiş olsak da Hubble, ışığın daha çok görünür dalgaboyunda gözlemler yapan bir teleskop olduğu için bu tozların içini yeterince keskin biçimde görememiştik. İşte James Webb Uzay Teleskobu burada devreye giriyor, çünkü Webb, tamamen kızılötesi ışığa odaklanan bir teleskop. 

James Webb Uzay Teleskobu'nun Gözünden Fomalhaut

Güneş Sistemimizde Neptün’ün ötesindeki bölgede buzlu kaya parçalarından oluşan büyük bir halka yapısı var. Güneş Sisteminin oluşum zamanlarından arta kalan bu yapıyı bugün Kuiper kuşağı olarak tanımlıyoruz. İşte Fomalhaut’un halkası da Güneş Sistemimizdeki Kuiper Kuşağı’na eşdeğer bir yapı.

Ancak James Webb’in gözlemleri bu halka yapısının Güneş Sistemimizdeki kuşaklardan çok daha kompleks olduğunu gösterdi. Çünkü James Webb Uzay Teleskobu, kızılötesi dalgaboyunun da kendi içerisinde ayrılmış bölgelerini inceleme kapasitesine sahip. 

Halka ve Kuşaklarda Neler Var?

Geçmiş yıllarda Fomalhaut’un dış halkalarında var olduğundan şüphelenilen Fomalhaut b gezegenini James Webb’in fotoğraflarında göremiyoruz. Eğer burada gerçekten Hubble Uzay Teleskobu tarafından bile tespit edilecek kadar büyük bir gezegen olsaydı, Webb'in bu fotoğraflarında mutlaka görüyor olmamız gerekirdi.

Dolayısıyla bu, bize geçmiş yıllarda gördüğümüz objenin gerçekten de bir toz bulutu olduğunu kanıtlıyor. Ancak böylesine büyük bir toz bulutunun kendine kendine oluşması olağan bir durum değil. Bunun için, boyutları oldukça büyük olan iki cismin çarpışması gerekiyor. Yani çok büyük ihtimalle daha önce gezegen olduğundan şüphelendiğimiz şey, çarpışan iki dev gezegeninden arta kalan çarpışma enkazıydı. Ve bu enkaz yıllar içerisinde yavaş yavaş dağıldı.

Dev Boşluklar Nasıl Oluştu?

Fomalhaut'un dış halkasından yıldıza doğru devam ettiğimizde, fotoğrafta kolayca fark edebileceğiniz devasa bir dış boşluk görülüyor.

Bu dış boşluk oldukça önemli. Çünkü halkalar arasında bu tür boşlukların oluşabilmesi için burada gezegenlerin var olması gerekiyor. Burada henüz göremesek de muhtemelen gezegenlerin kütleçekimsel etkileri boşlukları yaratıyor ve aynı zamanda halkaların bu kadar kompleks bir yapıya kavuşmasını sağlıyor. 

Örneğin bizim Güneş Sistemimizde bulunan asteroid kuşağını da Jüpiter ve Satürn gibi yüksek kütleli gaz devleri şekillendirmişti. Veya Kuiper Kuşağı’nın iç kısımları Neptün’ün kütleçekimsel etkilerine maruz kalırken, kuşağın dış sınırlarıysa daha uzaktaki bazı gök cisimleri tarafından şekillendirilir. Dolayısıyla, bu çok katmanlı ve büyük halka sistemine göre Fomalhaut’un etrafında çok ilginç bir gezegen sisteminin var olduğu tahminini yapabiliriz. 

Biraz daha iç kısımda ise işler iyice ilginç bir hal almaya başlıyor. Çünkü sistemin tam ortasında bir halka, yani bir orta kuşak daha var. Bu kuşak, bizim Güneş Sistemimizdeki asteroid kuşağından 10 kat kadar daha kalın bir yapı. 

Orta kuşaktan yıldıza yaklaştığımızda bir iç boşluğun olduğunu görüyoruz. Burada böyle bir boşluğun oluşabilmesi için yine Neptün’ün birkaç katı kütleye sahip bir gezegen olması gerekiyor. Yani bu kuşakta da muhtemelen bir ya da birden fazla gezegen var. 

En iç kısımda ise artık sadece James Webb Uzay Teleskobu’yla fotoğraflanabilen iç diski görüyoruz. Bu diskdeki tozlar, önce yıldıza yakınlıkları sebebiyle ısınıyor ve bu enerjiyi, kızılötesi dalgaboyunda yeniden yayıyorlar. 

Gerçekten de daha önce enkaz diskine sahip bir yıldız sistemini bu kadar yakından ve kuşakların arasındaki boşluklara kadar bu denli detaylı biçimde gözlemlememiştik. Ancak elbette Fomalhaut’un bu devasa ve kompleks halka yapıları nedeniyle, sistemin Güneş Sistemi’nden çok daha farklı olduğunu söylemek gerek.  

Fotoğraflarda Gezegenleri Neden Göremiyoruz?

Bütün bu karmaşık halka yapıları ve bol miktarda toz, burada çok sayıda gezegenin dolaylı bir kanıtı olmasına rağmen, fotoğraflarda bu gezegenleri neden göremiyoruz?

Bu oldukça mantıklı bir soru, ancak burada var olan olası gezegenlerin çok soluk olduğunu hesaba katmak gerekiyor. Özellikle kütlesi Satürn ve Jüpiter’den daha düşük olan gezegenlerin yaydığı kızılötesi ışığı 25 ışık yılı öteden tespit etmek James Webb Uzay Teleskobu’yla bile mümkün değil. Dolayısıyla buradaki gezegenlerin varlığını ancak buradaki halka yapılarına bakarak, dolaylı yoldan iddia edebiliriz. Nitekim Fomalhaut’un etrafında bu kadar kompleks bir yapının oluşması, çok sayıda gezegenin varlığını şart kılıyor diyebiliriz.  

Fomalhaut Sistemi Ne Kadar Büyük?

Fotoğraftaki halkalar bizim bakış açımızdan yıldıza yakın göründüğünden bu, Fomalhaut sisteminin gerçek boyutunu algılamamıza da engel oluyor. Gerçekte en dıştaki toz halkasının yıldıza olan uzaklığı 20 milyar kilometreden daha fazla. Kıyaslamak açısından bu, Dünya - Güneş arası mesafenin yaklaşık 140 katı kadar! Yani bu fotoğrafta kendi Güneş Sistemimizden çok daha büyük bir bölgede oluşmuş olan yeni bir Güneş Sistemini seyrediyoruz. 

Başka bir Güneş Sistemini ilk defa bu kadar detaylı gözlemlediğimiz için, evrende bizim Güneş Sistemimizin mi yoksa Fomalhaut gibi sistemlerin mi daha yaygın olduğunu henüz bilmiyoruz. Ancak James Webb Uzay Teleskobu, bunun gibi sistemleri inceleyerek, bize hangi sistemlerin daha yaygın olduğuna dair daha sağlıklı veriler sunmaya devam edecek. 

Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referanslar:

1. Spatially resolved imaging of the inner Fomalhaut disk using JWST/MIRI: https://www.nature.com/articles/s41550-023-01962-6
2. Webb Looks for Fomalhaut’s Asteroid Belt and Finds Much More: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/webb-looks-for-fomalhaut-s-asteroid-belt-and-finds-much-more
3. Seeking Fomalhaut’s exoplanet, JWST finds so much more: https://bigthink.com/starts-with-a-bang/fomalhaut-exoplanet-jwst/
4. Fomalhaut is the loneliest star in the southern sky: https://earthsky.org/brightest-stars/solitary-fomalhaut-guards-the-southern-sky/
5. A beloved exoplanet turns to dust: https://earthsky.org/space/fomalhaut-b-not-an-exoplanet-instead-a-dust-cloud/