दोन राहण्यायोग्य क्षेत्रातील जगांभोवतीचा चंद्र शोधताना JWST ला तारकीय गोंगाटाचा अडथळा आला

एक आशादायक exomoon शोध परिचित खगोलभौतिकीच्या समस्येला धडकला

तत्त्वतः, James Webb Space Telescope इतका संवेदनशील आहे की तो पृथ्वीच्या चंद्रासारखा moon शोधण्यात खगोलशास्त्रज्ञांना मदत करू शकतो. पण जवळच्या TOI-700 प्रणालीवरील निरीक्षणांचे वर्णन करणारा एक नवीन preprint दाखवतो की ही शक्यता ताऱ्यामुळेच हाणून पाडली जाऊ शकते.

MIT, Harvard, आणि University of Chicago येथील संशोधकांनी पृथ्वीपासून सुमारे 100 light-years अंतरावर असलेल्या M-dwarf star TOI-700 च्या habitable zoneमधील दोन Earth-sized ग्रहांचे JWST ने निरीक्षण केले. लक्ष्य ग्रह TOI-700 d आणि TOI-700 e यांना त्यांच्या गुणधर्मांमुळे आणि कक्षांमुळे स्थिर moons ठेवण्यासाठी विशेषतः मजबूत उमेदवार मानले जात होते. पण एक ठोस exomoon signal सापडण्याऐवजी, ताऱ्याच्या पृष्ठभागावरील वर्तनातून येणाऱ्या noise ने त्यांनी शोधत असलेला सूक्ष्म transit signature प्रभावीपणे झाकून टाकला.

हा परिणाम detection नाही, पण सध्याच्या tools वापरून exomoon hunting च्या प्रत्यक्ष मर्यादांचे महत्त्वाचे मोजमाप आहे. JWST ने ग्रहांच्या मुख्य मोजमापांमध्ये सुधारणा केली, तरी host star variability moon च्या लहान संकेताला झाकोळण्याइतकी मजबूत राहिली.

लक्ष्य: habitable zone मधील दोन Earth-sized ग्रह

TOI-700 ने आधीच लक्ष वेधून घेतले आहे, कारण त्यात अनेक known planets आहेत, ज्यात ताऱ्याच्या habitable zone मधील दोन Earth-sized जगांचा समावेश आहे. नव्या कामात संशोधकांनी दोन्हींसाठी अधिक अचूक मोजमापे दिली. त्यांनी ग्रहांच्या orbital estimates एक order of magnitude ने सुधारल्या, आणि radius measurements दोन ते तीन पट अधिक अचूक केल्या.

TOI-700 d साठी paper मध्ये पृथ्वीच्या 1.145 पट radius नोंदवला आहे. TOI-700 e साठी radius पृथ्वीच्या 0.919 पट आहे. हे असे ग्रह आहेत जे दीर्घकालीन स्थिरता, climate, आणि एखादा moon पृथ्वीच्या स्वतःच्या इतिहासासारख्या काही बाबींमध्ये planetary evolution वर परिणाम करू शकेल का, अशा विचारांना नैसर्गिकरीत्या प्रवृत्त करतात.

ही प्रेरणा केवळ sentimental astronomy नाही. पृथ्वीच्या moon चे या ग्रहावर खोल परिणाम झाले असावेत, ज्यात axial tilt स्थिर करणे आणि climatic swings नियंत्रित करणे यांचा समावेश आहे. moon tides, rotation, आणि एखाद्या जगाचा व्यापक environmental history बदलू शकतो. त्यामुळे इतरत्र Earth-moon analogue शोधणे ही केवळ कुतूहलाची गोष्ट नसून संभाव्य life-friendly systems शोधण्यातील आणखी एक परिमाण उघडणारी गोष्ट ठरेल.

JWST कडे raw sensitivity होती, पण तारा आडवा आला

preprint नुसार, योग्य परिस्थितीत JWST पृथ्वी-सदृश moon signal शोधू शकतो. या प्रणालीत Luna analogue ओळखण्यासाठी starlight मध्ये सुमारे 20 parts per million इतका dip मोजावा लागेल, असा अंदाज टीमने लावला. ही क्षमता telescopeच्या कुवतीत आहे.

अडचण instrumentची कमजोरी नव्हती. ती ताऱ्यापासून आलेली astrophysical contamination होती. डेटा विश्लेषित करताना, टीमने stellar granulationमुळे तयार झालेला repeat होणारा red-noise pattern ओळखला, म्हणजे ताऱ्याच्या पृष्ठभागावरील plasma चे bubbling and boiling. TOI-700 मध्ये हा signal सुमारे प्रत्येक 16 मिनिटांनी oscillate होत होता आणि त्याचा amplitude सुमारे 46 parts per million होता.

याचा अर्थ असा की stellar noise exomoon-sized signal झाकण्यासाठी पुरेसा मोठा होता. प्रत्यक्षात, JWST अत्यंत सूक्ष्म brightness changes मोजू शकत होता, पण तारा स्वतः चुकीच्या scale आणि cadence ने बदलत असल्याने moon search स्वच्छपणे यशस्वी होऊ शकली नाही.

precision astronomy मध्ये मर्यादा बहुतेक वेळा फक्त telescope नसते, याची ही उपयुक्त आठवण आहे. hardware नीट चालत असले तरी sky अजूनही गोंधळलेला असू शकतो.

संशोधकांनी तरी काय निष्कर्ष काढला

जरी निरीक्षणांनी कोणत्याही ग्रहाभोवती चंद्र असल्याचे पुरावे दिले नाहीत, तरी या अभ्यासाने parameter space कमी केली. टीमने निष्कर्ष काढला की या sensitivity पातळीवर आणि observed noise conditions अंतर्गत, त्यांच्या data ने काही ठराविक orbits वर Ganymede पेक्षा मोठे moonsच शोधता आले असते. त्यामुळे Earth च्या चंद्राजवळ आकार असलेले छोटे moons अजूनही न दिसण्याइतकी मोठी मोकळीक उरते.

म्हणजेच, non-detection म्हणजे TOI-700 d आणि e भोवती moons नाहीत असा पुरावा नाही. याचा अर्थ एवढाच की या dataset मध्ये ते ताऱ्याच्या intrinsic variability वर मात करणारा स्वच्छ signal देऊ शकले नाहीत. हा फरक महत्त्वाचा आहे, कारण null results सुद्धा future observing strategy घडवू शकतात.

या कामामुळे TOI-700 प्रणालीचे scientific valueही वाढते. अधिक चांगली orbital आणि size मोजमापे ग्रह, त्यांच्या transits, आणि कोणती follow-up observations सर्वाधिक माहितीपूर्ण ठरतील याचे मॉडेल सुधारतात. exomoon discovery नसली तरी, या मोहिमेने अभ्यासासाठी उपलब्ध असलेल्या रोचक जवळच्या multi-planet systems पैकी एकाबद्दलची समज अधिक घट्ट केली.

विस्तृत exomoon शोधासाठी हे का महत्त्वाचे

Exomoons दुर्मिळ आहेत कारण खगोलशास्त्रज्ञांना त्यांच्यात रस नाही म्हणून नव्हे, तर संकेत अत्यंत सूक्ष्म असल्यामुळे. ग्रह शोधणेच कठीण आहे. त्या ग्रहाभोवतीचा चंद्र शोधण्यासाठी वेळ, तेजस्विता, आणि system geometry यांचे अधिक नाजूक वाचन लागते. TOI-700 चा निकाल दाखवतो की कागदावर अनुकूल वाटणाऱ्या प्रणालींमध्येही stars themselves uncertainty चा निर्णायक स्रोत होऊ शकतात.

भविष्यातील targets ठरवताना हा धडा महत्त्वाचा ठरेल. जवळची stars, habitable-zone planets, आणि JWST-स्तराची sensitivity ही सर्व मौल्यवान आहेत. पण exomoon search कुठे यशस्वी होण्याची शक्यता जास्त आहे हे ठरवताना stellar behavior ला कदाचित अधिक महत्त्व द्यावे लागेल.

म्हणून हा अभ्यास एक तांत्रिक प्रगतीही आहे आणि निराशा देखील. तो ग्रहांचे characterisation करण्यासाठी JWST काय करू शकतो, आणि कोणत्या प्रकारचा stellar noise शोधाच्या पुढील टप्प्याला अजूनही अडथळा आणू शकतो, हे दाखवतो. सध्या Earth-moon twin चा शोध सुरूच आहे. TOI-700 अजूनही आकर्षक आहे, पण ताऱ्याने स्पष्ट केले आहे की तिथला moon उघड करणे सोपे नसेल.

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