JWST ने एक काळा, वातावरणहीन सुपर-अर्थ शोधला आणि त्याच्या पृष्ठभागाचे थेट वाचन केले

एक खडकाळ बहिर्ग्रह अधिक स्पष्टपणे समोर येतो

जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोपने आतापर्यंत अभ्यासलेल्या अधिक कठोर खडकाळ जगांपैकी एकाचा अधिक जवळचा देखावा दिला आहे: LHS 3844 b, पृथ्वीपासून सुमारे 48 प्रकाशवर्षे दूर असलेला एक सुपर-अर्थ. हा ग्रह, अनौपचारिकपणे Kua'kua म्हणून ओळखला जातो, काळा, गरम, खडकाळ आणि वातावरणविरहित असल्याचे दिसते. हा निष्कर्ष स्वतःच महत्त्वाचा आहे, पण त्याचे अधिक खोल महत्त्व पद्धतशीर आहे. संशोधकांनी JWST चा वापर केवळ ग्रहाच्या व्यापक गुणधर्मांचा अंदाज बांधण्यासाठी केला नाही. त्यांनी पृष्ठभागावरून येणारा प्रकाश थेट शोधला आणि तो पृष्ठभाग नेमका कशाचा बनलेला असू शकतो हे तपासण्यासाठी वापरला.

LHS 3844 b प्रथम 2018 मध्ये TESS ने आपल्या यजमान तार्‍यासमोरून जाताना शोधला. तो पृथ्वीपेक्षा सुमारे 30 टक्के मोठा आहे आणि प्रत्येक 11 तासांनी एका लाल बुटक्या तार्‍याभोवती फिरतो, ज्वारीय लॉक्ड कक्षेत, म्हणजेच त्याची एक बाजू कायम तार्‍याकडेच असते. दिवसाच्या बाजूचे तापमान सुमारे 1000 केल्विनपर्यंत पोहोचते, ज्यामुळे हे वातावरण पृथ्वी-सदृश काहीही नसून अतितप्त बुधासारखे अधिक वाटते. उलटपक्षी, ही कठोरता त्याचा अभ्यास करणे सोपे करते. जळजळीत, वातावरणरहित दिवसाची बाजू इतक्या जोरात अवरक्त प्रकाश उत्सर्जित करते की JWST त्यातून उपयोगी सिग्नल काढू शकतो.

वातावरणांपासून उघड्या खडकापर्यंत

बहिर्ग्रह विज्ञानाचा मोठा भाग वातावरणांवर केंद्रित राहिला आहे. हे वायूंचे आवरण घटकसंरचना, तापमानाची रचना, आणि काही प्रकरणांत, राहण्यायोग्यतेबद्दलची मोहक सूचनाही उघड करू शकते. पण वातावरण नसलेले खडकाळ ग्रहही वैज्ञानिकदृष्ट्या मौल्यवान आहेत. ते ग्रहांच्या पृष्ठभागांना थेट समजून घेण्याचा मार्ग देतात, जो त्यांच्या वरच्या वायूंचे वाचन करण्यापेक्षा खूपच कठीण आहे.

इथेच JWST चे Mid-Infrared Instrument, किंवा MIRI, विशेषतः शक्तिशाली ठरते. Sebastian Zieba आणि Laura Kreidberg यांच्या नेतृत्वाखालील पथकाने ग्रहाच्या दिवसाच्या बाजूकडून येणारे अवरक्त विकिरण विश्लेषित करण्यासाठी MIRI चा वापर केला. त्यानंतर त्यांनी मिळालेल्या स्पेक्ट्रमची तुलना पृथ्वी, चंद्र आणि मंगळावरून ज्ञात खडक व खनिजांच्या संग्रहांशी केली. अहवालात दिल्याप्रमाणे, या निकालांमुळे पृथ्वीच्या भूपटलासारखा पृष्ठभाग नाकारला जातो, जो साधारणपणे granite सारख्या सिलिकेट खडकांनी समृद्ध असतो.

त्याऐवजी, हे डेटा मॅन्टल-प्रकारच्या पदार्थाशी किंवा लाव्हा खडकाशी अधिक सुसंगत आहेत. साध्या भाषेत सांगायचे तर, Kua'kua पृथ्वीच्या खंडांमधून परिचित असलेल्या भूपटलसदृश पदार्थांनी आच्छादित खडकाळ ग्रहासारखा दिसत नाही. तो अधिक उघड, काळा, जोरदार तापलेला जग वाटतो, ज्याच्या पृष्ठभागाची रचना कदाचित ग्रहाच्या खोल थरांचे किंवा व्यापक ज्वालामुखीजन्य खडकांचे प्रतिबिंब असू शकते.

वातावरण नाही, आडोसा नाही

वातावरणाचा अभाव हा या अर्थ लावण्यात मध्यवर्ती आहे. वातावरण उष्णता पुनर्वितरित करते, तापमानातील फरक मवाळ करते, आणि अवरक्त स्पेक्ट्रमवर ठळक खुणा उमटवू शकते. ते नसल्यास, दिवसाची बाजू सतत भाजत राहते आणि उत्सर्जित प्रकाश पृष्ठभागाच्या गुणधर्मांचे अधिक थेट प्रतिबिंब देतो. Laura Kreidberg यांचा सारांश स्पष्ट आहे: एक काळा, गरम, ओसाड खडक, कोणत्याही वातावरणाविना.

हा निष्कर्ष लाल बुटक्या तार्‍यांभोवतीच्या अनेक जवळच्या खडकाळ ग्रह अत्यंत टोकाच्या ठिकाणी असू शकतात, या वाढत्या जाणिवेत भर घालतो. लाल बुटके हे आकाशगंगेतील सर्वात सामान्य तारे आहेत, त्यामुळे त्यांच्या ग्रहांचा अभ्यास वारंवार केला जातो. पण विपुलता म्हणजे राहण्यायोग्यता नव्हे. या तार्‍यांच्या अत्यंत जवळ फिरणारी जगं ज्वारीय लॉक्ड होऊ शकतात, तीव्र विकिरणाला सामोरी जाऊ शकतात, आणि भौगोलिक किंवा वातावरणीय दृष्ट्या इतकी बदललेली असू शकतात की पृथ्वीशी त्यांची सहज तुलना होऊ शकत नाही.

तरीही, ही ग्रहं मौल्यवान प्रयोगशाळा आहेत. जर खगोलशास्त्रज्ञांना अवरक्त स्पेक्ट्राचा वापर करून भूपटलसदृश पृष्ठभाग, मॅन्टलसदृश पदार्थ किंवा थंड झालेल्या लाव्हामध्ये फरक करणे शिकता आले, तर ते खडकाळ बहिर्ग्रहांसाठी अधिक समृद्ध वर्गीकरण पद्धतीच्या आणखी जवळ जातील. दीर्घकालीन दृष्टीने हे महत्त्वाचे आहे, कारण भविष्यातील शोधांमध्ये असे अनेक जग असतील जिथे वातावरण, पृष्ठभाग आणि भूशास्त्र हे सर्व एकमेकांशी गुंतलेले असतील.

थेट पृष्ठभाग शोधणे का महत्त्वाचे आहे

दूरच्या खडकाळ ग्रहाच्या पृष्ठभागावरून येणारा प्रकाश शोधणे हे या क्षेत्रासाठी मोठे पाऊल आहे. बहिर्ग्रह अत्यंत मंद असतात आणि सामान्यतः त्यांच्या तार्‍यांच्या झगमगाटात हरवून जातात. खनिजांच्या नमुन्यांशी तुलना करता येईल इतका अचूक दिवसाकडील सिग्नल वेगळा काढणे हे JWST ची संवेदनशीलता आणि सध्याच्या विश्लेषण पद्धतींची परिपक्वता दोन्ही दर्शवते. त्यामुळे बहिर्ग्रह एखाद्या शोध-तक्त्यातील बिंदूपासून अधिक वाचनीय ओळख असलेल्या भूभौतिक वस्तूपर्यंत रूपांतरित होतो.

अर्थात ही ओळख अजूनही अपूर्ण आहे. वैज्ञानिक प्रत्यक्ष नमुन्यांऐवजी मॉडेल्स आणि तुलनांच्या आधारे काम करत आहेत. पृष्ठभागावर नेमके कोणते पदार्थ प्रबळ आहेत, याबाबत अनिश्चिततेस वाव आहे. पण पृथ्वीच्या भूपटलासारखा पर्याय नाकारण्याची क्षमता ही आधीच उपयुक्त माहिती आहे. ती शक्यता मर्यादित करते आणि दाखवते की निरीक्षणाची रचना अनुकूल असेल तर तुलनेने लहान खडकाळ ग्रहही आश्चर्यकारकपणे तपशीलवार संकेत देऊ शकतात.

हा अभ्यास सौरमालेपलीकडील तुलनात्मक ग्रहशास्त्राच्या भविष्यासही सूचित करतो. अनेक दशकांपर्यंत, ग्रहांचे भूशास्त्र खगोलशास्त्रज्ञांना तपशीलात फक्त चंद्र, मंगळ, शुक्र आणि बुध यांसारख्या जवळच्या जगांसाठीच करता येत होते. Webb ही सीमा विस्तारू लागला आहे. जर बहिर्ग्रहांसाठी पृष्ठभागाची रचना अंदाजाने ठरवता आली, तर दूरच्या खडकाळ जगांचे वर्गीकरण फक्त आकार आणि तापमानाच्या श्रेणींपेक्षा कितीतरी समृद्ध होईल.

सुपर-अर्थ, पण पृथ्वीची जुळी नाही

“सुपर-अर्थ” हा शब्द दिशाभूल करणारा ठरू शकतो, कारण तो मुख्यतः आकाराकडे निर्देश करतो, राहण्यायोग्यतेकडे नाही. LHS 3844 b पृथ्वीपेक्षा फक्त सुमारे 30 टक्के मोठा आहे, पण त्याविषयीची जवळपास सर्व इतर वैशिष्ट्ये पृथ्वी-जुळ्या ग्रहाच्या उलट दिशेने जातात. तो आपल्या तार्‍याभोवती फक्त 11 तासांत एक प्रदक्षिणा पूर्ण करतो. तो ज्वारीय लॉक्ड आहे. त्याची दिवसाची बाजू भाजून निघत आहे. आणि त्याचा पृष्ठभाग ओसाड आणि वातावरणरहित दिसतो.

हा विरोधाभास उपयुक्त आहे. तो खगोलशास्त्रज्ञांना आणि सर्वसामान्य जनतेला आठवण करून देतो की खडकाळ ग्रह अनेक रूपांत येतात, आणि पृथ्वीसारखा आकार म्हणजे पृथ्वीसारखी परिस्थिती असे नसते. Kua'kua कदाचित वाढवलेल्या बुधास अधिक जवळचा असेल, आणि सततच्या तारकीय तापमानाने उघड झालेल्या पृष्ठभागीय पदार्थांच्या अतिरिक्त आकर्षणासह.

या जगावरील JWST ची निरीक्षणे खडकाळ बहिर्ग्रहांबद्दलचे सर्व प्रश्न निकाली काढणार नाहीत, पण ती मोजता येण्याच्या शक्यतांमध्ये एक बदल नक्कीच दर्शवतात. खगोलशास्त्रज्ञ आता फक्त एखादा लहान ग्रह अस्तित्वात आहे का, हा प्रश्न विचारण्यापुरते मर्यादित राहिलेले नाहीत. ते त्याचा पृष्ठभाग कसा आहे, हे विचारू लागले आहेत. 48 प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या ओसाड जगासाठी, हे एक उल्लेखनीय झेप आहे.

• JWST ने आपल्या MIRI उपकरणाचा वापर करून LHS 3844 b च्या गरम दिवसाच्या बाजूचा अभ्यास केला.
• हा सुपर-अर्थ काळा, ओसाड खडकाळ जग असल्यासारखा दिसतो आणि त्याला वातावरण नाही.
• अवरक्त स्पेक्ट्रम पृथ्वीच्या भूपटलासारख्या पृष्ठभागाशी जुळत नाही; तो मॅन्टल किंवा लाव्हा खडकांकडे निर्देश करतो.

हा लेख Universe Today च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.