खगोलविदों ने जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) का उपयोग TOI-5205 b, एक विशाल एक्सोप्लैनेट, जिसे "निषिद्ध ग्रह" के रूप में जाना जाता है, का अधिक गहन अवलोकन करने के लिए किया और पाया कि इसके वायुमंडल में भारी तत्वों की सामग्री असामान्य रूप से कम है, यहां तक कि इसके परिक्रमा करने वाले मूल तारे की तुलना में भी कम है। यह खोज सीधे तौर पर ग्रह निर्माण और विकास के पारंपरिक सिद्धांत को चुनौती देती है।
प्रासंगिक शोध द एस्ट्रोनॉमिकल जर्नल में प्रकाशित किया गया था, जिसका नेतृत्व नासा के गोडार्ड स्पेस फ़्लाइट सेंटर के कालेब कैनास ने किया था, और इसमें कार्नेगी इंस्टीट्यूशन फ़ॉर साइंस के शुभम कनोडिया और एक बहुराष्ट्रीय अनुसंधान टीम ने भाग लिया था।
TOI-5205 b आकार में बृहस्पति के समान है, लेकिन इसका मूल तारा बहुत छोटा लाल बौना है: इसका तारकीय त्रिज्या बृहस्पति से लगभग चार गुना है और इसका द्रव्यमान सूर्य के द्रव्यमान का लगभग 40% है। जब कोई ग्रह पृथ्वी की दृष्टि रेखा से किसी तारे के सामने से गुजरता है, तो यह तारे की चमक का लगभग 6% अवरुद्ध कर देता है। पारगमन के दौरान विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश में परिवर्तन का विश्लेषण करने के लिए वैज्ञानिक स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करते हैं, जिससे ग्रह के वायुमंडल की रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है और इसके गठन के इतिहास का अनुमान लगाया जाता है।
मुख्यधारा के सिद्धांत के अनुसार, ग्रह युवा सितारों के चारों ओर गैस और धूल की घूर्णनशील डिस्क में पैदा होते हैं, और विशाल ग्रह आम तौर पर सामग्री-समृद्ध डिस्क में विकसित होते हैं। हालाँकि, TOI-5205 जैसे छोटे और ठंडे तारे के पास, एक विशाल, निकट-परिक्रमा करने वाला ग्रह है। ऐसे ग्रह-तारा अनुपात और कक्षीय विन्यास को मौजूदा मॉडलों के साथ उचित रूप से समझाना मुश्किल है, इसलिए इसे "निषिद्ध ग्रह" कहा जाता है।
ऐसे "विसंगतिपूर्ण" ग्रहों का व्यवस्थित रूप से अध्ययन करने के लिए, टाम्पा विश्वविद्यालय के कनोडिया, कैनास और जेसिका लिब्बी-रॉबर्ट्स JWST के दूसरे चक्र में सबसे बड़े एक्सोप्लैनेट अवलोकन परियोजनाओं में से एक के कार्यान्वयन का नेतृत्व कर रहे हैं - "रेड ड्वार्फ्स एंड द सेवेन जाइंट्स" प्रोजेक्ट, विशेष रूप से एम-प्रकार के बौनों की परिक्रमा करने वाले इस प्रकार के विशाल ग्रहों पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं, जिन्हें सामूहिक रूप से जीईएमएस (विशाल एक्सोप्लैनेट और एम बौना सिस्टम) के रूप में जाना जाता है।
TOI-5205 b को मूल रूप से NASA के ट्रांजिटिंग एक्सोप्लैनेट सर्वे सैटेलाइट (TESS) द्वारा खोजा गया था और एक उम्मीदवार के रूप में चिह्नित किया गया था। कनोडिया ने 2023 में अनुवर्ती अवलोकनों के माध्यम से ग्रह के अस्तित्व की पुष्टि की, और वर्तमान में उस टीम के मुख्य सदस्यों में से एक हैं जिसने इसके वायुमंडल का पहला विस्तृत लक्षण वर्णन तैयार करने के लिए JWST का उपयोग किया था।
तीन पारगमन घटनाओं के डेटा विश्लेषण के माध्यम से, टीम ने पाया कि TOI-5205 b के वातावरण में हाइड्रोजन के सापेक्ष भारी तत्वों की प्रचुरता न केवल बृहस्पति की तुलना में कम है, बल्कि इसके मूल तारे की तुलना में भी कम है। यह उस चीज़ के विपरीत है जो लोग आम तौर पर विशाल ग्रहों से उम्मीद करते हैं - आमतौर पर विशाल ग्रह अपने निर्माण के दौरान अधिक भारी तत्वों से समृद्ध होते हैं, इसलिए उनकी समग्र "धात्विकता" उनके मेजबान सितारों की तुलना में अधिक होती है। अवलोकनों ने ग्रह के वायुमंडल में मीथेन (सीएच₄) और हाइड्रोजन सल्फाइड (एच₂एस) की उपस्थिति का भी पता लगाया, जिससे इसकी रासायनिक संरचना के बारे में अधिक सुराग मिले।
वायुमंडल में देखी गई "धातु-खराब" घटना को समझने के लिए, ज्यूरिख विश्वविद्यालय के साइमन मुलर और रेविट हेल्ड ने TOI-5205 b की समग्र संरचना का पता लगाने के लिए ग्रह की आंतरिक संरचना के मॉडल का उपयोग किया। परिणाम दर्शाते हैं कि ग्रह की समग्र "धात्विकता" पारगमन विधियों द्वारा मापी गई वायुमंडल की संरचना से लगभग 100 गुना अधिक होने की संभावना है। संक्षेप में, ग्रह का आंतरिक भाग भारी तत्वों से समृद्ध है, लेकिन ये भारी तत्व वायुमंडल में प्रभावी ढंग से मिश्रित नहीं होते हैं।
पेपर के सह-लेखक कनोडिया ने बताया कि मॉडल द्वारा अपेक्षित समग्र धातु सामग्री और देखी गई वायुमंडलीय धातु सामग्री के बीच एक स्पष्ट अंतर है, जो बताता है कि ग्रह की निर्माण प्रक्रिया के दौरान, भारी तत्व अंदर की ओर पलायन करते हैं और गहरे आंतरिक भाग में "बंद" हो जाते हैं, और बाहरी वातावरण के साथ सामग्री मिश्रण दक्षता कम होती है। विभिन्न साक्ष्यों के आधार पर, टीम का मानना है कि TOI-5205 b में एक असामान्य वायुमंडलीय वातावरण है जो "कार्बन में समृद्ध और ऑक्सीजन में खराब है।"
डेटा प्रोसेसिंग के दौरान, शोधकर्ताओं ने विशेष रूप से मूल तारे के सनस्पॉट के प्रभाव को भी शामिल किया। इन तारों की सतह पर गहरे क्षेत्र सूक्ष्म तरीकों से देखी गई वर्णक्रमीय विशेषताओं को बदल देंगे: संभावित वायुमंडलीय संकेतों को छिपाते हुए कुछ बैंडों की सापेक्ष तीव्रता को बढ़ाएंगे। यदि सुधार नहीं किया गया, तो वायुमंडलीय संरचना के निर्धारण में पक्षपात करना आसान है। वॉलैक और कनोडिया वर्तमान में एक नए JWST अवलोकन में इस सुधार पद्धति का सत्यापन कर रहे हैं, जिससे अत्यधिक सक्रिय सितारों के आसपास ग्रहों के वायुमंडल के भविष्य के अध्ययन के लिए अधिक विश्वसनीय अवलोकन और विश्लेषण ढांचा प्रदान करने की उम्मीद है।
यह शोध GEMS सर्वेक्षण कार्यक्रम का हिस्सा है। लक्ष्य एम-प्रकार के बौने सितारों की परिक्रमा करने वाले पारगमन विशाल ग्रहों का व्यवस्थित रूप से निरीक्षण करना और उनकी गठन प्रक्रियाओं, आंतरिक संरचनाओं और वायुमंडलीय गुणों को स्पष्ट करना है। भाग लेने वाली टीम में कार्नेगी इंस्टीट्यूशन फॉर साइंस के खगोलशास्त्री पीटर गाओ, जोहाना टेस्के और निकोल वॉलैक के साथ-साथ अंजलि पीट भी शामिल हैं, जो अब एक संकाय सदस्य और पूर्व कार्नेगी पोस्टडॉक्टरल फेलो हैं।