পৃথিবী থেকে বহু দূরে, ইউরেনাস ও নেপচুনের ভেতরে অদ্ভুত এক নতুন পদার্থ-অবস্থা থাকতে পারে

গ্রহের অভ্যন্তর আরও অদ্ভুত পদার্থবিজ্ঞান দেখাচ্ছে

ইউরেনাস ও নেপচুনকে প্রায়ই ice giants বলা হয়, কিন্তু শব্দটি বিভ্রান্তিকর হতে পারে। ওই গ্রহগুলোর গভীরে বরফ, তরল ও গ্যাস সম্পর্কে সাধারণ ধারণা আর খুব একটা কাজে লাগে না। সেখানে চাপ অসীমের কাছাকাছি, তাপমাত্রা হাজার হাজার ডিগ্রিতে পৌঁছে যায়, আর পরিচিত অণুগুলো চেনা যায় এমন রূপে টিকে থাকে না। এমন অবস্থায় পদার্থ এমনভাবে সংগঠিত হতে পারে, যা দৈনন্দিন অভিজ্ঞতা থেকে কল্পনা করাই কঠিন।

Universe Today তুলে ধরা একটি নতুন গবেষণা এই তালিকায় আরেকটি সম্ভাবনা যোগ করেছে: কার্বন ও হাইড্রোজেন দিয়ে গঠিত একটি “quasi-1D superionic” পর্যায়। Nature Communications-এ প্রকাশিত, Carnegie Institution-এর গবেষকদের এই কাজটি বলছে, যথেষ্ট উচ্চ চাপ ও তাপমাত্রায় কার্বন ও হাইড্রোজেন একটি স্থিতিশীল যৌগ তৈরি করতে পারে, যার অদ্ভুত গঠন ইউরেনাস ও নেপচুনের মতো ice giants-এর ভেতরে থাকতে পারে।

এই ফল যদি টিকে যায়, তবে এটি গ্রহীয় exotic materials-এর ক্রমবর্ধমান তালিকায় পদার্থের নতুন এক অবস্থা যোগ করবে এবং এই দূরবর্তী জগতগুলোর অভ্যন্তরীণ গঠন ও বিবর্তন সম্পর্কে বিজ্ঞানীদের চিন্তা বদলে দিতে পারে।

প্রস্তাবিত পদার্থ কীভাবে আচরণ করে

গবেষণাটি গ্রহবিজ্ঞানের একটি পরিচিত সমস্যা দিয়ে শুরু হয়। ice giant-এর ভেতরের চরম অবস্থায় methane ও অনুরূপ অণু অক্ষত থাকবে বলে আশা করা যায় না। আগের কাজ ইঙ্গিত দিয়েছে, প্রায় 95 gigapascals চাপে methane ভেঙে যায়, ফলে hydrogen-rich উপাদান এবং diamond-এর মতো carbon allotrope তৈরি হয়।

নতুন গবেষণা সেই সীমার অনেক ওপরে চলে গেছে। উৎস পাঠ অনুযায়ী, 1100 gigapascals-এর বেশি চাপে কার্বন ও হাইড্রোজেন একটি স্থিতিশীল যৌগ গঠন করে, যেখানে কার্বন পরমাণু chiral helix-আকৃতির এক কঠোর জালিতে আটকে যায়। সেটাই নিজের মধ্যে অস্বাভাবিক। কিন্তু তাপমাত্রা যুক্ত হলে আরও আকর্ষণীয় আচরণ দেখা যায়।

1000 থেকে 3000 kelvin-এর মধ্যে, ওই যৌগটি superionic অবস্থায় প্রবেশ করে বলে বলা হয়েছে। superionic পদার্থে গঠনের একটি অংশ কঠিন থাকে, আর অন্য অংশ চলমান হয়ে ওঠে, যা কঠিন কাঠামোর ভেতরে তরলের মতো আচরণ করে। এখানে উৎসটি সেই ধারণার একটি মোচড়ের বর্ণনা দেয়: quasi-one-dimensional রূপ, যেখানে চলাচল অন্তর্নিহিত গঠন দ্বারা প্রবলভাবে সীমিত।

সেখান থেকেই “quasi-1D” নামটি এসেছে। তিন-মাত্রিক কঠিন কাঠামোর ভেতরে সাধারণ তরলসদৃশ গতি নয়, বরং প্রবাহটি আরও সীমিত পথে চ্যানেলড বলে মনে হয়।

গবেষকেরা কেন সিমুলেশনের ওপর নির্ভর করেছেন

এই ফলাফল সরাসরি পরীক্ষাগারের পর্যবেক্ষণ নয়, বরং সিমুলেশন থেকে এসেছে, এবং এর যথেষ্ট কারণও আছে। পৃথিবীতে ওই পরিস্থিতি পুনর্নির্মাণ করা অত্যন্ত কঠিন। ইউরেনাস ও নেপচুনের ভেতরের চাপ terapascal-পর্যায়ে পৌঁছাতে পারে, যা পরীক্ষামূলক যন্ত্রপাতি ও containment—দুটোকেই চ্যালেঞ্জ করে।

প্রবন্ধটি জানায়, গবেষকেরা ওই গ্রহগুলোর ভেতরের পরিবেশ আনুমানিকভাবে বোঝার জন্য “Synthetic Uranus” ধরনের computational models ব্যবহার করেন। কিন্তু নতুন পেপার first-principles পদ্ধতি নিয়েছে, যাতে সরলীকৃত অনুমানের ওপর বেশি নির্ভর না করে সিস্টেমের quantum mechanics সরাসরি আচরণ নির্ধারণ করতে পারে।

এতে ফলাফল নিশ্চিত হয়ে যায় না, তবে তা উল্লেখযোগ্য হয়ে ওঠে। first-principles simulations-ই প্রায়ই সেই জায়গা, যেখানে নতুন candidate phases প্রথম দেখা দেয়, তারপর experimentalists সেগুলো যাচাইয়ের পথ খোঁজেন। গ্রহবিজ্ঞানে এই ক্রমটি খুবই সাধারণ, কারণ আগ্রহের পরিস্থিতিগুলো এতটাই চরম যে theory ও computation-কে আগে এগোতে হয়।

ইউরেনাস ও নেপচুনের জন্য এর তাৎপর্য

ice giants-এর ভেতরে কী আছে, তা বোঝা কোনো ছোট বিষয় নয়। ইউরেনাস ও নেপচুনের অভ্যন্তরীণ গঠন তাদের heat flow, magnetic behavior, density profiles, এবং evolutionary history-কে প্রভাবিত করে। exotic materials গ্রহের ভেতর দিয়ে শক্তি কীভাবে চলাচল করে, এবং বিভিন্ন স্তর সময়ের সঙ্গে কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে, তা বদলে দিতে পারে।

যদি সত্যিই সেখানে quasi-1D superionic carbon-hydrogen phase থাকে, তবে এই জগতগুলোতে দেখা কিছু অস্বাভাবিক ভৌত আচরণের ব্যাখ্যার অংশ হতে পারে। উৎসটি কোনো পূর্ণ গ্রহ-মডেল দাবি করেনি, তবে বলছে এই পদার্থ তাদের অভ্যন্তরের চরম পরিবেশে থাকতে পারে।

এই কাজ আমাদের সৌরজগতের বাইরেও গুরুত্বপূর্ণ। ice-giant ধরনের গ্রহ exoplanet survey-এ খুব সাধারণ, আর চরম উচ্চ-চাপ রসায়নের ভালো মডেল বিজ্ঞানীদের তাদের গঠন ও উৎপত্তি বুঝতে সাহায্য করতে পারে। অত্যন্ত চাপে materials science এখন comparative planetology-র অংশ হয়ে উঠছে।

গ্রহ-জ্ঞান এখনও অসম্পূর্ণ, তার আরেকটি স্মারক

এই গল্পের গভীর শিক্ষা হলো, গ্রহগুলো গবেষকদের শুধু কোথায় আছে সেটি দিয়ে নয়, বরং তাদের ভেতরে পদার্থ কী করতে পারে তা দিয়েও চমকে দেয়। simulations বা experiments যখনই আরও দূরের চরম চাপের অঞ্চলে পৌঁছে, তখন শৃঙ্খলা ও গতিশীলতার নতুন সংমিশ্রণ দেখা দেয়। “কঠিন” ও “তরল” পরিষ্কার বিভাগ হয়ে থাকে না। রসায়ন গ্রহগত গতিবিদ্যার সঙ্গে জড়িয়ে যায়।

এই গবেষণা ইউরেনাস ও নেপচুনে প্রস্তাবিত পর্যায়টি আছে তা প্রমাণ করে না। তবে এটি peer-reviewed modeling প্রচেষ্টার ওপর ভিত্তি করে একটি সুনির্দিষ্ট, পদার্থগতভাবে অনুপ্রাণিত সম্ভাবনা তুলে ধরে। সেটাই আলোচনা এগিয়ে নিতে যথেষ্ট। ভবিষ্যৎ কাজকে ওই পর্যায়ের স্থিতিশীলতা আরও পরীক্ষা করতে হবে এবং সম্ভব হলে এমন পরীক্ষামূলক সংকেত খুঁজতে হবে যা ভবিষ্যদ্বাণীটি যাচাই করতে পারে।

এখনের জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ takeaway সহজ: একটি ice giant-এর অভ্যন্তরে এমন পদার্থরূপ থাকতে পারে, যার পৃথিবীতে সাধারণ কোনো সমতুল্য নেই। বিজ্ঞানীরা যত গভীরে ওই জগৎগুলোর দিকে তাকান, ততই সেগুলো কম প্রচলিত বলে মনে হয়।

মূল পয়েন্ট

• একটি নতুন simulation গবেষণা চরম চাপ ও তাপে quasi-1D superionic carbon-hydrogen phase প্রস্তাব করছে।
• এই পদার্থ ইউরেনাস ও নেপচুনের গভীরে থাকতে পারে।
• ফলটি ice giant অভ্যন্তর এবং অনুরূপ exoplanet-এর মডেল বদলে দিতে পারে।

এই নিবন্ধটি Universe Today-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে। মূল নিবন্ধ পড়ুন.