पृथ्वी से बहुत दूर, यूरेनस और नेपच्यून के भीतर एक अजीब नया पदार्थ-अवस्था हो सकती है

ग्रहों के अंदरूनी हिस्से लगातार और अजीब भौतिकी सामने ला रहे हैं

यूरेनस और नेपच्यून को अक्सर ice giants कहा जाता है, लेकिन यह शब्द भ्रमित कर सकता है। इन ग्रहों की गहराई में बर्फ, तरल और गैस जैसी सामान्य धारणाएँ बहुत उपयोगी नहीं रह जातीं। वहाँ दबाव अत्यधिक होता है, तापमान हज़ारों डिग्री तक पहुँच जाता है, और परिचित अणु पहचाने जाने योग्य रूप में टिक नहीं पाते। इन परिस्थितियों में पदार्थ अपने को ऐसे तरीकों से व्यवस्थित कर सकता है जिन्हें रोज़मर्रा के अनुभव से कल्पना करना कठिन है।

Universe Today द्वारा रेखांकित एक नया अध्ययन इस सूची में एक और उम्मीदवार जोड़ता है: कार्बन और हाइड्रोजन से बनी एक “quasi-1D superionic” अवस्था। Nature Communications में प्रकाशित यह काम, कार्नेगी इंस्टीट्यूशन के शोधकर्ताओं द्वारा किया गया, सुझाव देता है कि पर्याप्त ऊँचे दबाव और तापमान पर कार्बन और हाइड्रोजन एक स्थिर यौगिक बना सकते हैं, जिसकी असामान्य संरचना यूरेनस और नेपच्यून जैसे ice giants के भीतर मौजूद हो सकती है।

यदि यह परिणाम सही साबित होता है, तो यह ग्रहों के exotic materials की बढ़ती सूची में पदार्थ की एक नई अवस्था जोड़ देगा और इन दूरस्थ दुनियाओं की आंतरिक संरचना और विकास के बारे में वैज्ञानिकों की सोच बदल सकता है।

प्रस्तावित पदार्थ कैसे व्यवहार करता है

अध्ययन की शुरुआत ग्रह-विज्ञान की एक जानी-पहचानी समस्या से होती है। मीथेन और इसी तरह के अणुओं के ice giants के भीतर मौजूद भारी परिस्थितियों में साबुत रहने की उम्मीद नहीं है। पिछले काम से संकेत मिला है कि मीथेन लगभग 95 gigapascals पर टूटता है, जिससे हाइड्रोजन-समृद्ध पदार्थ और हीरे जैसे कार्बन allotropes बनते हैं।

नया शोध इस क्षेत्र से बहुत आगे जाता है। स्रोत पाठ के अनुसार, 1100 gigapascals से ऊपर के दबावों पर कार्बन और हाइड्रोजन एक स्थिर यौगिक बनाते हैं, जिसमें कार्बन परमाणु एक chiral helix के आकार की कठोर जाली में बंद हो जाते हैं। यह अपने आप में असामान्य होगा। लेकिन अधिक दिलचस्प व्यवहार तब सामने आता है जब तापमान जोड़ा जाता है।

1000 से 3000 kelvin के बीच, यह यौगिक कथित तौर पर superionic अवस्था में प्रवेश करता है। superionic पदार्थ में संरचना का एक हिस्सा ठोस बना रहता है, जबकि दूसरा हिस्सा गतिशील हो जाता है, और ठोस ढाँचे के भीतर कुछ-कुछ द्रव जैसा व्यवहार करता है। यहाँ, स्रोत इस विचार के एक नए रूप का वर्णन करता है: quasi-one-dimensional रूप, जिसमें गतिशीलता underlying संरचना द्वारा काफ़ी सीमित रहती है।

यहीं से “quasi-1D” लेबल आता है। तीन-आयामी ठोस ढाँचे के भीतर सामान्य द्रव-जैसी गति के बजाय, परिवहन अधिक प्रतिबंधित तरीके से चैनल किया हुआ प्रतीत होता है।

शोधकर्ताओं ने सिमुलेशन पर क्यों भरोसा किया

ये परिणाम प्रत्यक्ष प्रयोगशाला अवलोकन के बजाय सिमुलेशन से आए हैं, और इसका अच्छा कारण है। पृथ्वी पर इन परिस्थितियों को पुनः बनाना बेहद कठिन है। यूरेनस और नेपच्यून के अंदरूनी दबाव terapascal स्तर तक पहुँच सकते हैं, जो प्रयोगात्मक उपकरणों और containment दोनों को चुनौती देते हैं।

लेख बताता है कि शोधकर्ता अक्सर इन ग्रहों के भीतर के वातावरण का अनुमान लगाने के लिए “Synthetic Uranus” जैसे computational models का उपयोग करते हैं। लेकिन नया पेपर first-principles दृष्टिकोण अपनाता है, जिससे प्रणाली की quantum mechanics व्यवहार को अधिक सीधे तय करती है, बजाय इसके कि सरलीकृत मान्यताओं पर बहुत अधिक निर्भर किया जाए।

इससे निष्कर्ष निश्चित नहीं हो जाते, लेकिन वे उल्लेखनीय ज़रूर हो जाते हैं। first-principles simulations अक्सर वही जगह होती हैं जहाँ नए candidate phases उभरते हैं, और फिर experimentalists उन्हें जाँचने के तरीके खोजते हैं। ग्रह-विज्ञान में यह क्रम आम है, क्योंकि रुचि की परिस्थितियाँ इतनी चरम हो सकती हैं कि theory और computation को पहले आगे बढ़ना पड़ता है।

यूरेनस और नेपच्यून के लिए इसका महत्व

ice giants के भीतर क्या है, यह समझना कोई मामूली जिज्ञासा नहीं है। यूरेनस और नेपच्यून की आंतरिक संरचना उनके heat flow, magnetic behavior, density profiles और evolutionary history को प्रभावित करती है। Exotic materials यह तय कर सकते हैं कि ऊर्जा ग्रह के भीतर कैसे चलती है और अलग-अलग परतें समय के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती हैं।

यदि वास्तव में वहाँ एक quasi-1D superionic carbon-hydrogen phase मौजूद है, तो यह इन दुनियाओं में देखे गए कुछ असामान्य भौतिक व्यवहारों की व्याख्या का हिस्सा बन सकता है। स्रोत एक पूर्ण ग्रह-मॉडल का दावा नहीं करता, लेकिन यह सुझाव देता है कि यह पदार्थ उनके अंदरूनी हिस्सों में पाए जाने वाले अत्यधिक वातावरण में रहने योग्य हो सकता है।

यह काम हमारे सौरमंडल से बाहर भी मायने रखता है। ice-giant जैसे ग्रह exoplanet surveys में आम हैं, और exotic उच्च-दाब रसायन के बेहतर मॉडल वैज्ञानिकों को उनकी संरचना और निर्माण की व्याख्या करने में मदद कर सकते हैं। अत्यधिक दबाव पर materials science अब comparative planetology का हिस्सा बन रही है।

ग्रहों के बारे में हमारी अधूरी समझ की याद

इस कहानी से बड़ा सबक यह है कि ग्रह शोधकर्ताओं को केवल अपनी खोज के स्थानों में ही नहीं, बल्कि इस बात में भी चौंकाते रहते हैं कि उनके भीतर पदार्थ क्या कर सकता है। हर बार जब simulations या experiments चरम दबाव के नए क्षेत्रों तक पहुँचते हैं, order और mobility के नए संयोजन सामने आते हैं। “ठोस” और “तरल” साफ़ श्रेणियाँ नहीं रह जातीं। रसायन ग्रहों की गतिशीलता से उलझ जाता है।

यह अध्ययन यह साबित नहीं करता कि यूरेनस और नेपच्यून में प्रस्तावित अवस्था मौजूद है। लेकिन यह एक ठोस, भौतिक रूप से प्रेरित संभावना प्रस्तुत करता है, जो peer-reviewed modeling प्रयास पर आधारित है। यह बातचीत को आगे बढ़ाने के लिए पर्याप्त है। आगे के काम को इस अवस्था की स्थिरता को और परखना होगा और, यदि संभव हो, ऐसे प्रयोगात्मक संकेत ढूँढने होंगे जो इस भविष्यवाणी की पुष्टि कर सकें।

फिलहाल सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष सरल है: एक ice giant के भीतर ऐसी पदार्थ-अवस्थाएँ हो सकती हैं जिनका पृथ्वी पर कोई सामान्य समकक्ष नहीं है। वैज्ञानिक जितना इन दुनियाओं के भीतर देखते हैं, वे उतनी ही कम पारंपरिक लगती हैं।

मुख्य बिंदु

• एक नया simulation अध्ययन अत्यधिक दबाव और गर्मी पर quasi-1D superionic carbon-hydrogen phase का प्रस्ताव करता है।
• यह पदार्थ यूरेनस और नेपच्यून के भीतर हो सकता है।
• यह निष्कर्ष ice giant interiors और समान exoplanets के मॉडलों को बदल सकता है।

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