जेम्स वेब टेलीस्कोप ने विशाल ग्रह निर्माण का खुलासा किया: समय के विरुद्ध एक ब्रह्मांडीय दौड़

सार:

नासा के जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) द्वारा दर्जनों युवा सूर्य जैसे सितारों के अवलोकन से पता चलता है कि ग्रह बनाने वाली डिस्क से गैस निकालने वाली ताकतें स्टार सिस्टम के परिपक्व होने के साथ बदल जाती हैं।

युवा तारों के चारों ओर ग्रह बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली गैस गायब होती जा रही है। वेब टेलीस्कोप के नए अवलोकनों से पता चलता है कि गैस की यह हानि किसी ग्रह प्रणाली के प्रारंभिक विकास के सभी चरणों में एक ही तरह से नहीं होती है। इसके बजाय, सिस्टम से सामग्री को दूर ले जाने के लिए जिम्मेदार तारकीय हवाएं सिस्टम की उम्र बढ़ने के साथ बदलती दिखती हैं।

एरिज़ोना विश्वविद्यालय के नमन बजाज के नेतृत्व में और SETI संस्थान के वैज्ञानिक उमा गोल्डी द्वारा भाग लिए गए इस अध्ययन में 72 युवा सूर्य जैसे सितारों के आसपास प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क का विश्लेषण किया गया। यह ग्रह निर्माण का अब तक का सबसे बड़ा वेब टेलीस्कोप अध्ययन है। अध्ययन में पाया गया कि प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क विकास के विभिन्न चरणों में, विभिन्न गैस निष्कासन तंत्र हावी होंगे। प्रासंगिक परिणाम एस्ट्रोनॉमिकल जर्नल में प्रकाशित किए गए हैं।

उत्साहजनक रूप से, गोल्डी ने कहा, शोधकर्ता अब युवा सितारों के बड़े नमूनों का उपयोग करके यह देखने में सक्षम हैं कि ग्रह-निर्माण डिस्क से गैस को साफ करने वाले तंत्र समय के साथ कैसे बदलते हैं। प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क का अपव्यय ग्रह निर्माण के लिए एक बुनियादी घड़ी निर्धारित करता है: एक बार जब गैस खत्म हो जाती है, तो गैस-समृद्ध विशाल ग्रह बनने की संभावना अनिवार्य रूप से खत्म हो जाती है।

आज का सौर मंडल लगभग 4.5 अरब वर्ष पुराना है, और इसका अधिकांश भाग ख़ाली है। हालाँकि, सूर्य के जन्म के बाद पहले कुछ मिलियन वर्षों में, युवा सूर्य एक घने प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क से घिरा हुआ था, जिसमें गैस का द्रव्यमान धूल से लगभग 100 गुना अधिक था। अंततः, इस गैस का अधिकांश भाग गायब हो जाता है।

गैस गायब होने की गति महत्वपूर्ण है क्योंकि प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में गैस बृहस्पति और शनि जैसे विशाल ग्रहों के निर्माण के लिए कच्चा माल है। यदि गैस समय से पहले नष्ट हो जाती है, तो ग्रहों के पास बड़े पैमाने पर वायुमंडल बनाने का समय नहीं होगा।

बजाई और उनके सहयोगियों ने प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क के विकास को फिर से बनाने के लिए वेब टेलीस्कोप के मिड-इन्फ्रारेड इंस्ट्रूमेंट (एमआईआरआई) से संग्रहीत अवलोकनों का उपयोग किया। ये 72 तारा प्रणालियाँ युवा ग्रह प्रणालियों के विकास के विभिन्न चरणों में हैं। शोधकर्ताओं ने उन्हें एक विकासवादी अनुक्रम में संयोजित किया ताकि यह पता लगाया जा सके कि प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क से गैस को साफ करने वाले तंत्र उम्र के साथ कैसे बदलते हैं।

अध्ययन वेब टेलीस्कोप द्वारा सीधे मामले का निरीक्षण करने में सक्षम होने से पहले की गई सैद्धांतिक भविष्यवाणियों का भी परीक्षण करता है। 2020 में, लूनर एंड प्लैनेटरी लेबोरेटरी के प्रोफेसर इलारिया पास्कुची ने पेपर के दूसरे लेखक के रूप में काम किया और बजाज के सलाहकार के रूप में काम किया। उन्होंने एक बार जेट और तारकीय हवाओं के विकास का अध्ययन करने वाली टीम का नेतृत्व किया था। उस समय, शोधकर्ता सीधे आणविक हाइड्रोजन का निरीक्षण नहीं कर सके क्योंकि वेब टेलीस्कोप को अभी तक परिचालन में नहीं लाया गया था, लेकिन उन्होंने भविष्यवाणी की थी कि एक्स-रे फोटॉन को अवरुद्ध करने के लिए युवा तारा प्रणालियों में बड़े पैमाने पर आणविक हवाएं हो सकती हैं। इस बार वेब टेलीस्कोप ने आणविक हाइड्रोजन को सीधे ट्रैक करके इस भविष्यवाणी की पुष्टि की।

शोधकर्ताओं ने प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क से निकलने वाली दो गैसों के संकेतों पर ध्यान केंद्रित किया: आणविक हाइड्रोजन और आयनित नियॉन। प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में आणविक हाइड्रोजन सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला अणु है। वेब टेलीस्कोप की उत्कृष्ट संवेदनशीलता और स्थानिक रिज़ॉल्यूशन ने शोधकर्ताओं को नियॉन-ट्रेस्ड जेट और तारकीय हवाओं से आणविक हाइड्रोजन हवाओं की एक विस्तृत श्रृंखला को अलग करने की अनुमति दी।

सबसे युवा तारा प्रणालियों में, सामग्री अभी भी केंद्रीय तारे की ओर गिर रही है। वेब टेलीस्कोप ने पाया कि इन प्रणालियों में मजबूत जेट और व्यापक बहिर्वाह होते हैं जिनमें आणविक और परमाणु दोनों गैसें होती हैं। उनकी विशेषताएं चुंबकीय क्षेत्र द्वारा संचालित तारकीय हवाओं के अनुरूप हैं जो प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में प्रवेश करती हैं। गैस चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ बाहर की ओर बढ़ सकती है, इस प्रक्रिया में द्रव्यमान और कोणीय गति को दूर ले जा सकती है।

जैसे-जैसे तारा प्रणाली परिपक्व होती है, केंद्रीय तारे की ओर कम सामग्री गिरती है, जेट कमजोर होने लगता है, और बहिर्वाह में परमाणु गैस का अनुपात अधिक से अधिक हो जाता है। उच्च-ऊर्जा विकिरण को अवरुद्ध करने वाली कम सामग्री के साथ, युवा सितारों द्वारा उत्सर्जित उच्च-ऊर्जा विकिरण प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में गहराई से प्रवेश करने और गैस को बाहर निकलने के लिए पर्याप्त रूप से गर्म करने में सक्षम है। इस प्रक्रिया को फोटोवाष्पीकरण कहा जाता है।

गोल्डी ने दशकों तक प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क के विकास और उनकी गैस हानि प्रक्रियाओं का अध्ययन किया है, जिसमें फोटोवाष्पीकरणीय हवाओं को उत्पन्न करने में पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण की भूमिका भी शामिल है। वेब टेलीस्कोप ने अब इस सैद्धांतिक अध्ययन को दर्जनों युवा तारा प्रणालियों के अवलोकन के माध्यम से व्यावहारिक माप से जोड़ दिया है। अवलोकनों से पता चलता है कि जैसे-जैसे प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क की उम्र बढ़ती है, फोटोवाष्पीकरण का महत्व बढ़ जाता है, जबकि चुंबकीय क्षेत्र-चालित जेट और तारकीय हवाएं धीरे-धीरे कमजोर हो जाती हैं।

अवलोकनों से पता चलता है कि प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क का अपव्यय किसी एक तंत्र द्वारा नियंत्रित नहीं होता है। ऐसा प्रतीत होता है कि युवा ग्रह प्रणालियाँ प्रारंभिक चरण में शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र-संचालित जेट और तारकीय हवाओं के प्रभुत्व से धीरे-धीरे फोटोवाष्पीकरणीय हवाओं सहित परमाणु गैस के बहिर्प्रवाह के प्रभुत्व में आ रही हैं।

इस प्रमुख तंत्र में परिवर्तन यह निर्धारित करते हैं कि कोई ग्रह अपने निर्माण के लिए आवश्यक गैसों को कितने समय तक प्राप्त कर सकता है।

बजाज ने कहा, ग्रह निर्माण वास्तव में समय के खिलाफ एक दौड़ है। बृहस्पति जैसे गैस विशालकाय को एक विशाल वातावरण विकसित करना होगा, जबकि इसकी प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क अभी भी गैस की निरंतर आपूर्ति प्रदान करने के लिए पर्याप्त बड़ी है; अन्यथा, तारकीय हवाएं और जेट इन कच्चे माल को अंतरिक्ष में ले जाएंगे।

72 प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में से 66 आणविक हाइड्रोजन और आयनित नियॉन उत्सर्जन की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदर्शित करते हैं। शोधकर्ताओं ने 46 प्रणालियों में शंक्वाकार आणविक हाइड्रोजन हवाओं और 40 प्रणालियों में उच्च गति वाले नियॉन जेट का पता लगाया। नियॉन जेट वाले सभी प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क आणविक हाइड्रोजन या ऑक्सीजन द्वारा ट्रेस की गई तारकीय हवाओं के प्रमाण भी दिखाते हैं।

यह नया विश्लेषण टीम के पिछले वेब टेलीस्कोप अवलोकनों पर आधारित है। 2024 में, बजाज, गोल्डी और उनके सहयोगियों ने एक छवि खींची जिसमें दिखाया गया कि युवा तारे टी चा के चारों ओर ग्रह बनाने वाली डिस्क से गैस ख़त्म हो रही है।

पिछले शोध से साबित हुआ है कि वेब टेलीस्कोप एकल ग्रहीय प्रणाली में प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क की अपव्यय प्रक्रिया का सीधे निरीक्षण कर सकता है। अध्ययन इस दृष्टिकोण को दर्जनों युवा सितारों तक विस्तारित करता है, जिससे पता चलता है कि तारकीय प्रणालियों के परिपक्व होने के साथ जेट, आणविक हवाओं और परमाणु हवाओं का सापेक्ष महत्व कैसे बदलता है।

शोधकर्ताओं को अगली बार यह निर्धारित करने की उम्मीद है कि ये तारकीय हवाएँ अलग-अलग समय पर कितनी गैस ले जाती हैं, और प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क के कौन से क्षेत्र बाहर निकलने वाली गैस के लिए सामग्री का स्रोत प्रदान करते हैं। इन मापों से न केवल यह पता चलने की उम्मीद है कि ग्रह निर्माण विंडो कितनी जल्दी बंद हो जाती है, बल्कि वैज्ञानिकों को यह निर्धारित करने में भी मदद मिल सकती है कि उपलब्ध गैस के गायब होने से पहले प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में विभिन्न प्रकार के ग्रह कहां बन सकते थे।