खगोलविदों ने अंतरिक्ष में टूटते हुए बाह्यग्रहों की खोज की

SCIENCE| विज्ञान:   खगोलविदों को दो अलग-अलग तारों के आसपास दो ग्रह मिले हैं, जो अपने तारों की तीव्र गर्मी के कारण नष्ट हो रहे हैं। दोनों हमारी दूरबीनी आंखों के सामने विघटित हो रहे हैं, तथा धूमकेतु के समान मलबे के निशान छोड़ रहे हैं। दोनों ही अति-लघु-अवधि ग्रह (यूएसपी) हैं जो अपने तारों की Circumnavigation तेजी से करते हैं। ये ग्रह दुर्लभ उप-श्रेणी के ग्रह हैं, जो अपने पदार्थ को धारण करने के लिए पर्याप्त विशाल नहीं हैं। खगोलशास्त्रियों को केवल तीन अन्य विघटित ग्रहों के बारे में ही जानकारी है।

यूएसपी अपनी अत्यंत तीव्र कक्षाओं के लिए जाने जाते हैं, कुछ तो केवल कुछ घंटों में ही अपनी कक्षा पूरी कर लेते हैं। चूँकि वे अपने तारों के बहुत करीब हैं, इसलिए वे तीव्र गर्मी, तारकीय विकिरण और गुरुत्वाकर्षण के अधीन हैं। कई यूएसपी अपने तारे से ज्वारीय रूप से जुड़े होते हैं, जिससे तारे की ओर वाला भाग नरक में बदल जाता है। यूएसपी शायद ही कभी पृथ्वी की दो त्रिज्याओं से अधिक होती है, तथा खगोलशास्त्रियों का मानना ​​है कि सूर्य जैसे 200 तारों में से लगभग 1 तारे की यूएसपी पृथ्वी की त्रिज्या से अधिक होती है। इन्हें हाल ही में खोजा गया है और ये ग्रह प्रणालियों के बारे में हमारी समझ की सीमाओं को आगे बढ़ा रहे हैं।

यूएसपी के बारे में कई अनुत्तरित प्रश्न हैं। उनके निर्माण की प्रक्रिया अस्पष्ट है, हालांकि संभवतः वे वहां बनने के बजाय अपने स्थानों की ओर चले गए। अपने तारों से निकटता के कारण इनका निरीक्षण करना कठिन है, जिससे उनकी संरचना के बारे में प्रश्नों का उत्तर देना कठिन हो जाता है। सौभाग्य से, शोधकर्ताओं की दो अलग-अलग टीमों ने दो विघटित यूएसपी को देखा है। जैसे-जैसे वे अपनी सामग्री को पूंछ के रूप में अंतरिक्ष में फैलाते हैं, वे खगोलविदों को यह देखने का अवसर देते हैं कि उनके अंदर क्या है।

नये अवलोकन दो नये शोधपत्रों में हैं जो प्रेस-पूर्व साइट arxiv.org पर उपलब्ध हैं। इनमें से एक है “एक विघटित चट्टानी ग्रह जिसके चारों ओर एक चमकीले तारे के चारों ओर धूमकेतु जैसी पूंछ है।” मुख्य लेखक मार्क हॉन हैं, जो MIT TESS विज्ञान कार्यालय में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता हैं। इस पेपर को आगे चलकर एम.आई.टी. अध्ययन के रूप में संदर्भित किया जाएगा। लेखकों ने लिखा, “हम BD+054868Ab की खोज की रिपोर्ट दे रहे हैं, जो एक पारगमनशील बाह्यग्रह है, जो 1.27 दिनों की अवधि वाले एक चमकीले K-बौने ग्रह की परिक्रमा कर रहा है।” पेपर में कहा गया है कि TESS अंतरिक्ष यान ने इस ग्रह को खोज लिया है, तथा इसके अवलोकनों से “परिवर्तनशील पारगमन गहराई और असममित पारगमन रूपरेखा का पता चलता है।”

ये उस विनाशकारी ग्रह से आने वाली धूल की विशेषताएं हैं जो पूंछ बनाती है: एक आगे के किनारे पर और एक पीछे के किनारे पर। प्रत्येक पुच्छ में धूल के कणों का आकार अलग-अलग होता है, जिसमें आगे वाले भाग में बड़े आकार की धूल होती है, जबकि पीछे वाले भाग में बारीक कण होते हैं। “BD+05 4868 A की परिक्रमा कर रहे विघटित ग्रह में अब तक की सबसे प्रमुख धूल ​​पुच्छें हैं,” प्रमुख लेखक माननीय ने कहा। उन्होंने कहा, “तेजी से वाष्पित हो रहे ग्रह से निकलने वाली धूल की पूंछें बहुत बड़ी हैं। इसकी लंबाई लगभग 9 मिलियन किलोमीटर है, जो हर साढ़े 30 घंटे में ग्रह की आधी से अधिक कक्षा का चक्कर लगाती है।”

एम.आई.टी. के अध्ययन से पता चलता है कि ग्रह प्रति अरब वर्ष में पृथ्वी के द्रव्यमान के 10 गुना की दर से द्रव्यमान खो रहा है। चूंकि यह पिंड संभवतः पृथ्वी के चंद्रमा के आकार का ही है, इसलिए यह कुछ ही मिलियन वर्षों में पूरी तरह नष्ट हो जाएगा। “ग्रह जिस गति से वाष्पित हो रहा है वह अत्यंत विनाशकारी है, और हम इस मरते हुए ग्रह के अंतिम क्षणों को देखने के लिए अत्यंत भाग्यशाली हैं,” हॉन ने कहा। मेजबान तारा संभवतः सूर्य से थोड़ा पुराना है और उसका एक साथी लाल बौना है। लगभग 130 AU द्वारा अलग किया गया। लेखकों का मानना ​​है कि यह ग्रह JWST के साथ अनुवर्ती अध्ययन के लिए एक बेहतरीन उम्मीदवार है। न केवल तारा चमकीला है, बल्कि पारगमन भी गहरा है। आगे और पीछे की ओर चलने वाली पूंछ के कारण, पारगमन 15 घंटे तक चल सकता है।

उन्होंने बताया कि, “मेजबान तारे की चमक, ग्रह के अपेक्षाकृत गहरे पारगमन (0.8-2.0%) के साथ मिलकर, BD+054868Ab को चट्टानी बाह्यग्रहों के संरचनागत अध्ययन और विनाशकारी रूप से वाष्पित होने वाले ग्रहों की प्रकृति की जांच के लिए एक प्रमुख लक्ष्य के रूप में प्रस्तुत करती है।” “BD+05 4868 Ab के बारे में जो बात अत्यधिक रोमांचक है, वह यह है कि अन्य विघटित ग्रहों में से यह सबसे चमकीला मेजबान तारा है – जो K2-22 से लगभग 100 गुना अधिक चमकीला है – जो इसे ऐसे प्रणालियों के भविष्य के विघटनकारी अध्ययनों के लिए एक मानक के रूप में स्थापित करता है,” उन्होंने कहा। एवी शोपोरर, एमआईटी कावली इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोफिजिक्स एंड स्पेस रिसर्च के शोध वैज्ञानिक और एमआईटी पेपर के सह-लेखक हैं।

उन्होंने कहा, “हमारे अध्ययन से पहले, तीन अन्य ज्ञात विघटित ग्रह धुंधले तारों के आसपास थे, जिससे उनका अध्ययन करना चुनौतीपूर्ण था।” दूसरा पेपर है “धूल और गैस से घिरा विघटित चट्टानी विश्व: JWST का उपयोग करते हुए K2-22b का मध्य-आईआर अवलोकन।” मुख्य लेखक निक टुसे हैं, जो पेन स्टेट विश्वविद्यालय में पीएचडी छात्र हैं तथा एक्सोप्लेनेट्स एवं हैबिटेबल वर्ल्ड्स सेंटर में कार्यरत हैं। इस पेपर को आगे चलकर पेन स्टेट अध्ययन के रूप में संदर्भित किया जाएगा।लेखकों ने लिखा, “सतह से ऊपर उठने वाले और अंतरिक्ष में संघनित होने वाले अपशिष्ट संभवतः पूर्ववर्ती आंतरिक परतों के प्रतिनिधि हैं, जो संवहन द्वारा पिघली हुई सतह पर पहुंच जाते हैं।”

इस कार्य में, खगोलविद JWST के MIRI तथा अन्य दूरबीनों की सहायता से इसके मलबे का अवलोकन करने में सफल रहे। अवलोकनों से पता चलता है कि यूएसपी से आने वाली सामग्री में लौह-प्रधान कोर सामग्री होने की संभावना नहीं है। इसके बजाय, वे “कुछ प्रकार के मैग्नीशियम सिलिकेट खनिजों के अनुरूप हैं, जो संभवतः मेंटल सामग्री से हैं,” लेखक बताते हैं। लेखकों ने लिखा, “सतह से ऊपर उठने वाले और अंतरिक्ष में संघनित होने वाले अपशिष्ट संभवतः पूर्ववर्ती आंतरिक परतों के प्रतिनिधि हैं, जो संवहन द्वारा पिघली हुई सतह पर पहुंच जाते हैं।”

इस कार्य में, खगोलविद JWST के MIRI तथा अन्य दूरबीनों की सहायता से इसके मलबे का अवलोकन करने में सफल रहे। अवलोकनों से पता चलता है कि यूएसपी से आने वाली सामग्री में लौह-प्रधान कोर सामग्री होने की संभावना नहीं है। इसके बजाय, वे “कुछ प्रकार के मैग्नीशियम सिलिकेट खनिजों के अनुरूप हैं, जो संभवतः मेंटल सामग्री से हैं,” लेखक बताते हैं। “ये ग्रह सचमुच हमारे लिए अंतरिक्ष में अपनी आंतें फैला रहे हैं, और JWST के साथ हमारे पास अंततः उनकी संरचना का अध्ययन करने का साधन है प्रमुख लेखक टुसे ने कहा, “हम यह देखना चाहेंगे कि अन्य तारों की परिक्रमा करने वाले ग्रह वास्तव में किस चीज से बने हैं।”

हम यह नहीं देख सकते कि हमारे सौरमंडल के ग्रहों के अंदर क्या है, यद्यपि भूकंपीय तरंगों और अन्य अवलोकनों से वैज्ञानिकों को पृथ्वी के आंतरिक भाग के बारे में काफी अच्छी जानकारी मिलती है। K2-22b से आने वाले आंतरिक भागों की जांच करके खगोलविद न केवल ग्रह के बारे में बल्कि अन्य चट्टानी ग्रहों के बारे में भी जानकारी प्राप्त कर रहे हैं। विडम्बना यह है कि वे बहुत दूर हैं।

“K2-22b में एक असममित पारगमन प्रोफ़ाइल है, क्योंकि ग्रह के धूल भरे बादल तारे के सामने दिखाई देते हैं, जो धूमकेतु की तरह विस्तारित पूंछ के सबूत दिखाते हैं।” “यह उल्लेखनीय है कि सौर मंडल में ग्रहों के आंतरिक भाग को सीधे मापना संभव नहीं है। यह बहुत चुनौतीपूर्ण है – हमारे पास पृथ्वी के मेंटल का केवल सीमित नमूना है, और बुध, शुक्र या मंगल तक हमारी पहुंच नहीं है – लेकिन यहां हमने सैकड़ों प्रकाश वर्ष दूर ऐसे ग्रहों को पाया है जो अपने अंदरूनी हिस्सों को अंतरिक्ष में भेज रहे हैं और हमारे लिए उन्हें बैकलाइट कर रहे हैं। खगोल विज्ञान और खगोल भौतिकी के प्रोफेसर, पेन स्टेट अध्ययन के सह-लेखक और टुसे के पीएचडी पर्यवेक्षक जेसन राइट ने कहा, “हमारे स्पेक्ट्रोग्राफ के साथ अध्ययन करने के लिए यह एक शानदार जगह है।”

उन्होंने कहा, “यह स्थलीय ग्रहों के अंदरूनी भाग को समझने का एक उल्लेखनीय और सौभाग्यपूर्ण अवसर है।” जबकि पिछले शोधपत्र में TESS ने विघटित हो रहे ग्रह की खोज की थी, केप्लर ने अपने विस्तारित K2 मिशन के दौरान इस ग्रह की खोज की थी। यह अपने M-बौने तारे की परिक्रमा केवल 9.1 घंटे में पूरी कर लेता है। इसकी पूँछ का प्रमाण इसके प्रकाश वक्र की परिवर्तनशीलता में है। एमआईटी के पेपर में कहा गया है, “प्रकाश वक्र पारगमन गहराई (0-1.3%) में नाटकीय परिवर्तनशीलता और असममित पारगमन आकार से पता चलता है कि हम एक अदृश्य ग्रह की सतह से ऊपर उठते धूल के क्षणिक बादल का अवलोकन कर रहे हैं।”

लेखकों के अनुसार, यह पहली बार हो सकता है कि हमने किसी वाष्पीकृत ग्रह से गैस निकलते हुए देखा हो। पेपर में कहा गया है, “छोटी MIRI तरंगदैर्घ्य वाली विशेषताएं… वाष्पित हो रहे ग्रह से गैस विशेषताओं का पहला प्रत्यक्ष अवलोकन हो सकता है।” लेखकों ने लिखा, “अप्रत्याशित रूप से, इन मापों के लिए सबसे उपयुक्त मॉडल बर्फ से उत्पन्न प्रजातियां (NO और CO2) प्रतीत होते हैं।” यद्यपि स्पेक्ट्रम मोटे तौर पर चट्टानी पिंड के अनुरूप है, फिर भी NO और CO2 की उपस्थिति थोड़ी अजीब है। ये पदार्थ चट्टानी ग्रहों की अपेक्षा धूमकेतु जैसे बर्फीले पिंडों के अधिक समान हैं।

“यह वास्तव में एक प्रकार का ‘किसने आदेश दिया?’ था।” तुसे ने बर्फीली सतह को खोजने के बारे में कहा, “यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण क्षण था।” इस कारण से, शोधकर्ता अधिक एवं बेहतर डेटा प्राप्त करने के लिए JWST को पुनः ग्रह की ओर इंगित करने के लिए उत्सुक हैं। कई तरीके इन परिणामों को उत्पन्न कर सकते हैं, और केवल बेहतर डेटा ही खगोलविदों को यह निर्धारित करने में मदद कर सकता है कि क्या हो रहा है। हालांकि हम इस तरह के ग्रहों के अवलोकन के शुरुआती दिनों में हैं, फिर भी वैज्ञानिकों को कुछ उम्मीदें हैं। ये परिणाम उन अपेक्षाओं को झुठलाते हैं, क्योंकि कई लोगों ने इन यूएसपी के केवल लौह-कोर अवशेष ही मिलने की उम्मीद की थी।

“हमें नहीं पता था कि क्या उम्मीद करनी है,” राइट ने कहा, जिन्होंने इन बाह्यग्रहीय पूंछों की जांच के लिए JWST का उपयोग करने के तरीके पर पहले किए गए अध्ययन का सह-लेखन भी किया था। “हमें उम्मीद थी कि उनके मेंटल या संभवतः क्रस्ट सामग्री अभी भी मौजूद हो सकती है जो वाष्पित हो रही थी। JWST का मिड-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोग्राफ MIRI जांच करने के लिए एकदम सही उपकरण था, क्योंकि क्रस्टल, सिलिकेट मेंटल और आयरन कोर सामग्री सभी अलग-अलग दिशाओं में प्रकाश संचारित करते हैं। राइट ने कहा, “ऐसे तरीके जिनसे जेडब्लूएसटी स्पेक्ट्रोस्कोपिक रूप से अंतर कर सकता है।”

इसके बाद, वैज्ञानिकों की दोनों टीमें एमआईटी अध्ययन से प्राप्त BD+05 4868 Ab पर JWST को केन्द्रित करने की आशा रखती हैं। इसका तारा विघटित यूएसपी को आश्रय देने वाले अन्य तारों की तुलना में कहीं अधिक चमकीला है। उज्ज्वल प्रकाश स्रोत से JWST के लिए बेहतर परिणाम प्राप्त करना अधिक आसान हो जाता है। “BD+05 4868 Ab के बारे में जो बात अत्यधिक रोमांचक है, वह यह है कि अन्य विघटित ग्रहों में से यह सबसे चमकीला मेजबान तारा है – जो K2-22 से लगभग 100 गुना अधिक चमकीला है – जो इसे ऐसे प्रणालियों के भविष्य के विघटनकारी अध्ययनों के लिए एक मानक के रूप में स्थापित करता है,” उन्होंने कहा। एवी शोपोरर, एमआईटी कावली इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोफिजिक्स एंड स्पेस रिसर्च के शोध वैज्ञानिक और एमआईटी परियोजना के सह-लेखक हैं।

उन्होंने कहा, “हमारे अध्ययन से पहले, तीन अन्य ज्ञात विघटित ग्रह धुंधले तारों के आसपास थे, जिससे उनका अध्ययन करना चुनौतीपूर्ण था।” जब JWST को प्रक्षेपित किया गया था, तो इसका उद्देश्य विघटित हो रहे बाह्यग्रहों का अवलोकन करना नहीं था। लेकिन यह शोध शक्तिशाली दूरबीन के उपयोग का एक नया तरीका दिखाता है। इस तरह के आश्चर्य हर नए दूरबीन या अवलोकन प्रयास का हिस्सा होते हैं, और शोधकर्ता अक्सर इनकी प्रतीक्षा करते हैं। “बीडी+05 4868 ए से हमें जो डेटा गुणवत्ता मिलेगी वह उत्कृष्ट होगी,” शोपोरर ने कहा। “इन अध्ययनों ने ग्रहों के बाहरी आंतरिक भाग को समझने के लिए इस दृष्टिकोण की वैधता को सिद्ध कर दिया है तथा JWST के साथ अनुसंधान की एक पूरी नई दिशा के लिए द्वार खोल दिया है।”

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