नासा के वेब टेलीस्कोप ने उबलती ‘लावा दुनिया’ के चारों ओर घना वायुमंडल खोजा

नासा के जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप का उपयोग करने वाले शोधकर्ताओं ने हमारे सौरमंडल के बाहर एक पथरीले ग्रह पर वायुमंडल के अब तक के सबसे मजबूत प्रमाण खोजे हैं। यह खोज ऐसे समय में हुई है जब नासा चंद्रमा से लेकर मंगल और उससे आगे तक ब्रह्मांड की खोज में विश्व का नेतृत्व कर रहा है। अत्यधिक गर्म सुपर-अर्थ TOI-561 b के अवलोकन संकेत देते हैं कि यह एक्सोप्लैनेट वैश्विक मैग्मा महासागर के ऊपर गैसों की एक मोटी परत से घिरा हुआ है। ये परिणाम ग्रह के असामान्य रूप से कम घनत्व को समझाने में मदद करते हैं और उस प्रचलित धारणा को चुनौती देते हैं कि अपने तारों के बहुत पास स्थित अपेक्षाकृत छोटे ग्रह वायुमंडल बनाए नहीं रख सकते।

पृथ्वी की तुलना में लगभग 1.4 गुना त्रिज्या और 11 घंटे से कम की कक्षीय अवधि के साथ, TOI-561 b अल्ट्रा-शॉर्ट पीरियड एक्सोप्लैनेट्स नामक दुर्लभ वर्ग में आता है। यद्यपि इसका मेज़बान तारा सूर्य से थोड़ा छोटा और ठंडा है, TOI-561 b तारे के इतने पास—एक मिलियन मील से भी कम दूरी पर (बुध और सूर्य के बीच की दूरी का लगभग चालीसवां हिस्सा)—परिक्रमा करता है कि वह ज्वारीय रूप से बंधा (tidally locked) होना चाहिए। इसके स्थायी दिन-पक्ष का तापमान सामान्य चट्टानों के पिघलने के तापमान से कहीं अधिक है।

“इस ग्रह को वास्तव में अलग बनाता है इसका असामान्य रूप से कम घनत्व,” कार्नेगी साइंस अर्थ एंड प्लैनेट्स लैबोरेटरी की स्टाफ वैज्ञानिक और द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स में गुरुवार को प्रकाशित शोध-पत्र की प्रमुख लेखिका योहाना टेस्के ने कहा। “यह कोई ‘सुपर-पफ’ नहीं है, लेकिन यदि इसकी संरचना पृथ्वी जैसी होती तो जितना घनत्व अपेक्षित होता, उससे यह कम घना है।”

टीम ने ग्रह के कम घनत्व के लिए एक व्याख्या यह भी सोची कि संभवतः इसका लौह (आयरन) कोर अपेक्षाकृत छोटा हो और इसका मैंटल ऐसी चट्टानों से बना हो जो पृथ्वी की चट्टानों जितनी सघन न हों। टेस्के बताती हैं, “यह तर्कसंगत हो सकता है: TOI-561 b अल्ट्रा-शॉर्ट पीरियड ग्रहों में इसलिए भी अलग है क्योंकि यह एक बहुत पुराने (सूर्य से दोगुना पुराना), लौह-गरीब तारे की परिक्रमा करता है, जो आकाशगंगा के ‘थिक डिस्क’ कहलाने वाले क्षेत्र में स्थित है। इसका निर्माण हमारे सौरमंडल के ग्रहों से बिल्कुल अलग रासायनिक वातावरण में हुआ होगा।” ग्रह की संरचना उन ग्रहों का प्रतिनिधित्व कर सकती है जो तब बने थे जब ब्रह्मांड अपेक्षाकृत युवा था।

लेकिन केवल असामान्य संरचना सब कुछ नहीं समझा सकती। टीम को यह भी संदेह था कि TOI-561 b के चारों ओर एक घना वायुमंडल हो सकता है, जो उसे वास्तविकता से बड़ा दिखाता है। अरबों वर्षों तक तीव्र तारकीय विकिरण में तपे छोटे ग्रहों के वायुमंडल होने की अपेक्षा नहीं की जाती, फिर भी कुछ ग्रह ऐसे संकेत दिखाते हैं कि वे केवल नंगी चट्टान या लावा भर नहीं हैं।

यह परखने के लिए कि TOI-561 b का वायुमंडल है या नहीं, टीम ने वेब के NIRSpec (नियर-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोग्राफ) का उपयोग करके ग्रह की दिन-पक्षीय तापमान को उसकी निकट-अवरक्त चमक के आधार पर मापा। यह तकनीक—जिसमें ग्रह के तारे के पीछे जाने पर तारा–ग्रह प्रणाली की चमक में आई कमी को मापा जाता है—TRAPPIST-1 प्रणाली और अन्य पथरीली दुनियाओं में वायुमंडल खोजने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि के समान है।

यदि TOI-561 b बिना वायुमंडल के एक नंगी चट्टान होता, जो रात-पक्ष तक गर्मी पहुँचाने में असमर्थ होता, तो इसके दिन-पक्ष का तापमान लगभग 4,900 डिग्री फ़ारेनहाइट (2,700 डिग्री सेल्सियस) के करीब होना चाहिए था। लेकिन NIRSpec के अवलोकनों से पता चला कि ग्रह का दिन-पक्ष लगभग 3,200 डिग्री फ़ारेनहाइट (1,800 डिग्री सेल्सियस) के आसपास है—अब भी अत्यंत गर्म, पर अपेक्षा से कहीं ठंडा।

इन परिणामों को समझाने के लिए टीम ने कई परिदृश्यों पर विचार किया। मैग्मा महासागर कुछ ऊष्मा का संचलन कर सकता है, लेकिन वायुमंडल के बिना रात-पक्ष संभवतः ठोस होगा, जिससे दिन-पक्ष से ऊष्मा का प्रवाह सीमित हो जाएगा। मैग्मा महासागर की सतह पर चट्टानी वाष्प की एक पतली परत भी संभव है, लेकिन अकेले उसके कारण देखी गई ठंडक जितना प्रभाव पड़ने की संभावना कम है।

“सभी अवलोकनों को समझाने के लिए हमें वास्तव में एक घना, उड़नशील पदार्थों से भरपूर वायुमंडल चाहिए,” यूनिवर्सिटी ऑफ़ बर्मिंघम (यूके) की सह-लेखिका अंजलि पिएत्ते ने कहा।

“तेज़ हवाएँ दिन-पक्ष को ठंडा करेंगी, क्योंकि वे ऊष्मा को रात-पक्ष तक पहुँचा देंगी। जल-वाष्प जैसी गैसें सतह से निकलने वाले निकट-अवरक्त प्रकाश की कुछ तरंगदैर्घ्यों को अवशोषित कर लेंगी, इससे पहले कि वे वायुमंडल से ऊपर तक पहुँचें। (टेलीस्कोप को कम प्रकाश मिलने के कारण ग्रह ठंडा दिखाई देगा।) यह भी संभव है कि चमकीले सिलिकेट बादल हों, जो तारों के प्रकाश को परावर्तित करके वायुमंडल को ठंडा करते हों।”

हालाँकि वेब के अवलोकन ऐसे वायुमंडल के लिए मजबूत प्रमाण देते हैं, फिर भी प्रश्न बना हुआ है: इतनी तीव्र विकिरण के संपर्क में रहने वाला छोटा ग्रह किसी भी वायुमंडल को—और वह भी इतना घना—कैसे संभाल कर रख सकता है? कुछ गैसें अंतरिक्ष में अवश्य ही निकल रही होंगी, लेकिन शायद उतनी कुशलता से नहीं जितनी अपेक्षित थी।

नीदरलैंड्स की यूनिवर्सिटी ऑफ़ ग्रोनिंगन के सह-लेखक टिम लिक्टेनबर्ग ने कहा, “हम मानते हैं कि मैग्मा महासागर और वायुमंडल के बीच एक संतुलन है। जिस समय गैसें ग्रह से निकलकर वायुमंडल को भर रही होती हैं, उसी समय मैग्मा महासागर उन्हें वापस ग्रह के अंदर खींच लेता है।” “इन अवलोकनों को समझाने के लिए यह ग्रह पृथ्वी से कहीं, कहीं अधिक उड़नशील पदार्थों से समृद्ध होना चाहिए। यह वास्तव में एक ‘गीला लावा गोला’ जैसा है।”

ये वेब के जनरल ऑब्ज़र्वर्स प्रोग्राम 3860 के पहले परिणाम हैं, जिसके अंतर्गत प्रणाली का 37 घंटे से अधिक समय तक निरंतर अवलोकन किया गया, इस दौरान TOI-561 b ने तारे के चारों ओर लगभग चार पूर्ण परिक्रमाएँ पूरी कीं। टीम अब पूरे डेटा सेट का विश्लेषण कर रही है, ताकि ग्रह के चारों ओर तापमान का मानचित्र बनाया जा सके और वायुमंडल की संरचना को और स्पष्ट किया जा सके।

“सबसे रोमांचक बात यह है कि यह नया डेटा सेट जितने उत्तर दे रहा है, उससे कहीं अधिक नए सवाल खोल रहा है,” टेस्के ने कहा।

जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप दुनिया का प्रमुख अंतरिक्ष विज्ञान वेधशाला है। वेब हमारे सौरमंडल के रहस्यों को सुलझा रहा है, अन्य तारों के आसपास दूरस्थ दुनियाओं की खोज कर रहा है, और हमारे ब्रह्मांड की रहस्यमय संरचनाओं व उत्पत्तियों—तथा उसमें हमारे स्थान—की पड़ताल कर रहा है। वेब एक अंतरराष्ट्रीय कार्यक्रम है, जिसका नेतृत्व नासा करता है, और इसके साझेदार हैं ईएसए (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी) तथा सीएसए (कनाडाई अंतरिक्ष एजेंसी)।