JWST अध्ययन से संकेत मिलता है कि मिनी-नेप्च्यूनों में गहराई में पानी छिपा हो सकता है

सामान्य प्रकार के एक ग्रह को पढ़ना अपेक्षा से अधिक कठिन क्यों हो सकता है

उप-नेप्च्यून ग्रह सौर मंडल के बाहर पाए जाने वाले सबसे प्रचुर संसारों में शामिल हैं, फिर भी उन्हें समझना सबसे कम सहज कार्यों में से एक बना हुआ है। वे पृथ्वी से बड़े, नेप्च्यून से छोटे होते हैं, और इतने सामान्य हैं कि अब तक रिपोर्ट किए गए 6,300 से अधिक पुष्ट एक्सोप्लैनेट्स में उनका एक बड़ा हिस्सा है। इसके बावजूद, खगोलशास्त्री अभी भी यह तय करने में संघर्ष करते हैं कि ये ग्रह वास्तव में किस चीज़ से बने हैं और उनके आंतरिक भाग किस तरह व्यवस्थित हैं।

शिकागो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा संयुक्त राज्य और कनाडा में अपने सहयोगियों के साथ किया गया एक नया अध्ययन तर्क देता है कि क्षेत्र के प्रमुख अवलोकन उपकरणों में से एक इन दुनियाओं में मौजूद पानी के एक बड़े हिस्से को पहचानने से चूक सकता है। The Astrophysical Journal में प्रकाशित यह शोध TOI-270 d पर केंद्रित है, जो पृथ्वी से लगभग 73 प्रकाश-वर्ष दूर एक उप-नेप्च्यून है, और संकेत देता है कि ऐसे ग्रहों पर पानी हाइड्रोजन-समृद्ध वायुमंडल के नीचे छिपा हो सकता है, बजाय इसके कि वह उन ऊपरी परतों में समान रूप से मिला हो जिन्हें दूरबीनें देख सकती हैं।

यह परिणाम महत्वपूर्ण है क्योंकि खगोलशास्त्री एक्सोप्लैनेट वायुमंडलों की रासायनिक संरचना का अनुमान लगाने के लिए जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप पर बढ़ती तरह से निर्भर रहे हैं। यदि नया मॉडलिंग कार्य सही है, तो वेब के स्पेक्ट्रा उन ग्रहों के एक व्यापक वर्ग के लिए कहानी का केवल एक हिस्सा ही उजागर कर सकते हैं, जो पहले से ही एक्सोप्लैनेट विज्ञान के केंद्र में हैं।

शोधकर्ताओं ने TOI-270 d पर क्या मॉडल किया

TOI-270 d एक उपयोगी परीक्षण-उदाहरण है क्योंकि यह अपेक्षाकृत पास है और आधुनिक उपकरणों से पहले ही अध्ययन किया जा चुका है। इस ग्रह की खोज 2019 में हुई थी और इसका आकार पृथ्वी की त्रिज्या का लगभग दोगुना तथा द्रव्यमान लगभग 4.2 गुना है। यह एक लाल बौने तारे की परिक्रमा 11.4 दिनों में करता है, एक सघन तंत्र में जिसमें सहोदर ग्रह TOI-270 b और TOI-270 c भी शामिल हैं।

JWST के साथ किए गए पिछले अवलोकनों में TOI-270 d के वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और हाइड्रोजन की पहचान हुई थी। इस रासायनिक संयोजन ने शोधकर्ताओं को पानी की संभावना की ओर तो संकेत दिया, लेकिन इस सरल उत्तर की ओर नहीं कि वह पानी कहाँ स्थित है या किस रूप में है। ऐसे ग्रह पर पानी पृथ्वी-जैसे परिचित वातावरणों से बहुत अलग परिस्थितियों में मौजूद हो सकता है। यह हाइड्रोजन के साथ मिला हो सकता है, गहरी परतों में अलग हो सकता है, या अत्यधिक तापमान और दबाव द्वारा नियंत्रित अवस्थाओं में हो सकता है।

इस अनिश्चितता की जांच के लिए, टीम ने कंप्यूटर मॉडल चलाए जिन्होंने ग्रह के वायुमंडल और उसके आंतरिक भाग, दोनों का अनुकरण किया। उनका लक्ष्य केवल पानी की उपस्थिति की पुष्टि करना नहीं था, बल्कि यह परखना था कि अनुमानित परिस्थितियों में पानी और हाइड्रोजन TOI-270 d पर साथ मिलकर कैसे व्यवहार कर सकते हैं।

अध्ययन का केंद्रीय निष्कर्ष यह है कि तापमान और संरचना ऐसे तरीके से परस्पर क्रिया करते हैं जो दोनों को भौतिक रूप से अलग कर सकता है। TOI-270 d पर शोधकर्ताओं ने पाया कि अपेक्षाकृत जल-समृद्ध आंतरिक भाग, लगभग 537 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ, पानी को हाइड्रोजन परत के नीचे धँसने दे सकता है। यदि ऐसा हो रहा है, तो दूरबीन अवलोकन मुख्यतः ऊपर के हाइड्रोजन-प्रधान वायुमंडल का नमूना लेंगे, जबकि नीचे मौजूद संभावित रूप से कहीं बड़े भंडार को चूक जाएंगे।

यह दूरबीन डेटा की व्याख्या को क्यों बदलता है

इसका अर्थ यह नहीं है कि वेब विफल हो रहा है। इसका अर्थ यह है कि कुछ ग्रहों की संरचना इतनी हो सकती है कि उत्कृष्ट अवलोकन भी स्वभावतः अधूरे हों। दूरबीनें उस प्रकाश को पढ़ती हैं जो वायुमंडल की सबसे बाहरी परतों से होकर गुजरता है या उनसे निकलता है। यदि वे परतें गहरे आंतरिक भाग के साथ अच्छी तरह मिश्रित नहीं हैं, तो मापी गई रासायनिक संरचना नीचे मौजूद चीज़ों का कम आकलन कर सकती है।

यह उस सरल तस्वीर से एक महत्वपूर्ण बदलाव है जिसमें उप-नेप्च्यूनों के आंतरिक भागों को व्यापक रूप से मिश्रित माना जाता है। एक अच्छी तरह मिश्रित ग्रह वायुमंडलीय रीडिंग्स को पूरे ग्रह का मजबूत संकेतक बना देगा। एक परतदार ग्रह ऐसा नहीं करेगा। उस स्थिति में, खगोलशास्त्री आकाशगंगा के सबसे सामान्य ग्रहों में से कुछ के जल-स्तर को कम आंक रहे हो सकते हैं।

यह बात एक ही वस्तु से आगे जाती है। उप-नेप्च्यूनों का हमारे अपने सौर मंडल में कोई निकटतम समकक्ष नहीं है, जो उन्हें वैज्ञानिक रूप से असुविधाजनक बनाता है: वे मिल्की वे में सामान्य हैं, लेकिन उस ग्रह-विन्यास में अनुपस्थित हैं जिससे शोधकर्ता और आम लोग सबसे अधिक परिचित हैं। पास का उदाहरण न होने के कारण, खगोलशास्त्रियों को उनके द्रव्यमान, त्रिज्या और वायुमंडलीय डेटा से उनकी प्रकृति को जोड़ना पड़ा है, अक्सर परोक्ष अनुमान के माध्यम से।

यह काम इस तथ्य से और कठिन हो जाता है कि कई उप-नेप्च्यूनों के वायुमंडल घने और धुंधले प्रतीत होते हैं। वे वायुमंडल पहले से ही अवलोकन को जटिल बनाते हैं। नया अध्ययन सावधानी की एक और परत जोड़ता है, यह सुझाव देकर कि जब अणुओं का पता भी चल जाता है, तब भी गहरी संरचना छिपी रह सकती है।

उप-नेप्च्यून अनुसंधान में आगे क्या

यह कार्य सभी उप-नेप्च्यूनों के लिए प्रश्न को सुलझाता नहीं है, और न ही यह सीधे दबी हुई पानी की परतों की छवि प्रस्तुत करता है। यह एक विशिष्ट ग्रह और उसके वायुमंडलीय संकेतों के ज्ञात सेट पर आधारित एक मॉडलिंग अध्ययन है। लेकिन यह भविष्य के अवलोकनों की व्याख्या करने और पुरानी धारणाओं पर पुनर्विचार के लिए खगोलशास्त्रियों को एक अधिक स्पष्ट भौतिक ढांचा देता है।

वेब और व्यापक एक्सोप्लैनेट समुदाय के लिए इसका अर्थ यह है कि अनुसंधान का अगला चरण इस पर कम केंद्रित हो सकता है कि क्या पानी-संबंधी रसायन मौजूद है, और अधिक इस पर कि ग्रहों की परतबंदी दूर से क्या देखा जा सकता है, इसे कैसे प्रभावित करती है। समान द्रव्यमान, तापमान और वायुमंडलीय संरचना वाले ग्रहों की अब इसी दृष्टि से जांच की जा सकती है।

TOI-270 d विशेष रूप से मूल्यवान है क्योंकि यह एक बहु-ग्रह प्रणाली में स्थित है, जो वैज्ञानिकों को एक ही तारे के चारों ओर बने संबंधित संसारों की तुलना करने का अवसर दे सकती है। तीनों ग्रहों के बीच के अंतर शोधकर्ताओं को यह परखने में मदद कर सकते हैं कि क्या परतदार आंतरिक संरचनाएँ सामान्य परिणाम हैं या अधिक विशिष्ट मामला।

व्यापक रूप से देखें तो यह अध्ययन याद दिलाता है कि एक्सोप्लैनेट विज्ञान अब गणना-आधारित सूचीकरण से ग्रह-व्याख्या की ओर बढ़ रहा है। केवल दुनियाओं की गिनती करना और उन्हें आकार के आधार पर वर्गीकृत करना अब पर्याप्त नहीं है। कठिन समस्या उनकी आंतरिक संरचना, रसायन और विकास को समझना है, खासकर उन श्रेणियों के लिए जो सूर्य की परिक्रमा करने वाली किसी भी चीज़ से अलग हैं।

यदि गर्म उप-नेप्च्यूनों पर हाइड्रोजन के नीचे पानी छिपा हो सकता है, तो इससे आकाशगंगा के प्रमुख ग्रह प्रकारों में से एक को समझने का तरीका बदल जाएगा। इससे केवल वायुमंडलीय स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा बताई जा सकने वाली बातों की सीमाएँ भी और स्पष्ट हो जाएँगी। पतली प्रकाश-परतों के माध्यम से दूरस्थ संसारों को पढ़ने पर आधारित एक क्षेत्र के लिए, यह एक चेतावनी भी है और एक अवसर भी: डेटा अब भी शक्तिशाली हैं, लेकिन उन्हें पढ़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले मॉडल अधिक परिष्कृत होने पड़ सकते हैं।

उस अर्थ में, TOI-270 d केवल एक और एक्सोप्लैनेट परिणाम नहीं है। यह इस बात का अध्ययन-उदाहरण है कि यह सीमांत क्षेत्र कितनी तेज़ी से बदल रहा है। उपकरण जितने अधिक सटीक होते जाते हैं, ग्रहों की संरचना उतनी ही महत्वपूर्ण होती जाती है यह समझाने में कि वे उपकरण क्या देखते हैं और क्या नहीं देखते।

यह लेख Universe Today की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.