हबल और वेब ने नेपच्यून के पार स्थित पिंडों में सौरमंडल के शुरुआती इतिहास के निशान खोजे

संक्षेप में

• हबल और वेब ने आकाश के एक ही हिस्से का संयुक्त रूप से अवलोकन किया और 27 ऐसे ट्रांस-नेप्च्यूनियन पिंडों का पता लगाने में मदद की जिनके बारे में पहले जानकारी नहीं थी।
• छोटी वस्तुओं ने रंगों के ऐसे पैटर्न बनाए रखे, जो बड़ी पिंडों के पैटर्न से मिलते-जुलते थे—यह इस अपेक्षा के विपरीत था कि टकरावों का उन पर गहरा प्रभाव पड़ेगा।
• ठंडी और गर्म आबादियों के आकार-वितरण समान पाए गए, लेकिन इस समानता और सतहों के सुरक्षित रहने का कारण अभी तक स्पष्ट नहीं हो पाया है।

नेप्च्यून की कक्षा के पार दूरबीनों ने क्या खोजा

हबल और James Webb दूरबीनों ने खगोलविदों को नेप्च्यून की कक्षा के पार स्थित छोटे पिंडों का अध्ययन करने और पहले अज्ञात 27 ट्रांस-नेप्च्यूनियन वस्तुओं की खोज करने में मदद की। संयुक्त विश्लेषण से इन दूरस्थ बर्फीले पिंडों के आकार और रंगों के बारे में नई जानकारी ही नहीं मिली, बल्कि एक अप्रत्याशित नतीजा भी सामने आया: छोटी वस्तुओं की संख्या कुछ सिद्धांतों की भविष्यवाणी से कम थी। साथ ही, उनकी रंग-संबंधी विशेषताएँ उन्हीं क्षेत्रों में मौजूद बड़ी वस्तुओं की विशेषताओं से मिलती-जुलती थीं।

ट्रांस-नेप्चूनियन वस्तुएँ प्रारंभिक सौर मंडल के अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि उनमें से कई पूर्ण विकसित ग्रह नहीं बन पाईं और छोटे पिंडों के रूप में बची रहीं। इस अध्ययन में उन्हें उस पदार्थ के अवशेषों के रूप में देखा गया है जिससे ग्रह बने थे। उनकी सतहें उनके जन्म के समय की परिस्थितियों और बाद में हुए बदलावों की जानकारी संजोए रख सकती हैं। उनका अवलोकन करना कठिन है: ये वस्तुएँ नंगी आँखों से दिखाई देने वाले पिंडों की तुलना में सौ मिलियन गुना से भी अधिक धुँधली चमकती हैं।

परिणाम The Astronomical Journal में प्रकाशित दो अध्ययनों में प्रस्तुत किए गए हैं। ये अध्ययन नए खोजे गए पिंडों के आकार, संरचना और प्राचीन इतिहास पर केंद्रित हैं। कनाडा की यूनिवर्सिटी ऑफ़ विक्टोरिया और नॉर्दर्न एरिज़ोना यूनिवर्सिटी के डॉक्टरेट शोधार्थियों के नेतृत्व में शोध दलों ने उस समय तक ट्रांस-नेप्च्यूनियन पिंडों का सबसे गहन सर्वेक्षण किया। विक्टोरिया की टीम का नेतृत्व कनाडा की राष्ट्रीय अनुसंधान परिषद ने किया।

दूरस्थ बर्फ़ीले पिंडों का अध्ययन कैसे किया जाता है

दोनों अंतरिक्ष दूरबीनों ने एक ही समय में आकाश के एक ही हिस्से का अवलोकन किया, लेकिन अलग-अलग तरह के प्रकाश को दर्ज किया। हबल ने दृश्य विकिरण दर्ज किया, जबकि वेब ने अवरक्त प्रकाश। आँकड़ों की तुलना से खगोलविदों को पिंडों के रंगों का अध्ययन करने, उनके आकार का अनुमान लगाने और सूर्य के चारों ओर उनकी गति की विशेषताओं का पता लगाने में मदद मिली। इन दो तरह के अवलोकनों के मेल से उन धुँधले पिंडों का अध्ययन संभव हुआ, जिन्हें केवल एक तरीके से ढूँढ़ना और उनकी जाँच करना कठिन है।

रंग शोधकर्ताओं को सतह की रासायनिक संरचना के संकेत देते हैं और वस्तुओं के संभावित इतिहास में अंतर करने में मदद करते हैं। इस अध्ययन में उनके महत्व की तुलना उँगलियों के निशानों से की गई है: इनके आधार पर किसी पिंड के विशिष्ट गुणों का अनुमान लगाया जा सकता है। हालाँकि, केवल रंग से यह अंतिम उत्तर नहीं मिलता कि सतह के साथ क्या हुआ था। इसलिए दूरस्थ वस्तुओं के बीच व्यापक पैटर्न देखने के लिए रंगों की तुलना उनके आकार और कक्षीय विशेषताओं से की गई।

शोधकर्ताओं ने ट्रांस-नेप्च्यूनियन वस्तुओं को गतिशील रूप से “ठंडी” और “गर्म” आबादियों में बाँटा। ये नाम तापमान का नहीं, बल्कि कक्षाओं की विशेषताओं का वर्णन करते हैं। ठंडे पिंड अपेक्षाकृत वृत्ताकार पथों पर चलते हैं और उस तल के निकट रहते हैं जिसमें अधिकांश ग्रह परिक्रमा करते हैं। इसके विपरीत, गर्म वस्तुओं की कक्षाएँ अधिक दीर्घवृत्ताकार होती हैं और वे सौर मंडल के मुख्य तल के ऊपर और नीचे विचरण करती हैं।

अलग-अलग कक्षीय इतिहास वाली दो आबादियाँ

अध्ययन के विवरण के अनुसार, ठंडी ट्रांस-नेप्च्यूनियन वस्तुएँ मुख्यतः उन्हीं क्षेत्रों में बनी रहीं जहाँ उनका निर्माण हुआ था। उनकी कक्षाएँ अपेक्षाकृत शांत और बहुत अधिक दीर्घवृत्ताकार नहीं हैं, और उनकी गति ग्रहों की कक्षाओं के साझा तल के निकट बनी रहती है। इससे वे उन पिंडों के साथ तुलना के लिए महत्वपूर्ण बनती हैं, जिनके पथ में उल्लेखनीय बदलाव हुए। अवलोकनों से पता चला कि ठंडी आबादी के सबसे छोटे प्रतिनिधि भी रंग-संबंधी ऐसी विशेषताएँ बनाए रखते हैं, जो बड़ी वस्तुओं की विशेषताओं जैसी हैं।

गर्म वस्तुओं का अनुमानित इतिहास अलग है: उनका निर्माण यूरेनस और नेप्च्यून की मौजूदा कक्षाओं के बीच हुआ था, और फिर प्रारंभिक सौर मंडल में विशाल ग्रहों के स्थान बदलने पर वे बाहर की ओर बिखर गईं। अब उनकी कक्षाएँ अधिक दीर्घवृत्ताकार हैं, और उनका पथ ग्रहों के मुख्य तल के ऊपर और नीचे, दोनों ओर से गुजरता है। ऐसे गतिशील अतीत के बावजूद, इस आबादी के रंग-संबंधी पैटर्न भी निर्माण की परिस्थितियों से जुड़े हैं।

ठंडी और गर्म वस्तुओं की रंग संबंधी विशेषताओं में समानता उनकी कक्षीय इतिहास की भिन्नता को देखते हुए विशेष रूप से उल्लेखनीय है। गर्म पिंडों की कक्षाओं में बदलाव हुआ, जबकि ठंडे पिंड काफी हद तक अपने जन्मस्थानों के पास ही रहे। फिर भी, दोनों समूहों में रंगों के ऐसे संबंध दिखाई देते हैं जिन्हें शोधकर्ता उनकी उत्पत्ति के संकेत मानते हैं। अवलोकनों से पता चलता है कि सौर मंडल के अस्तित्व की अवधि में ये विशेषताएँ उतनी नहीं बदलीं, जितनी अपेक्षा की जा सकती थी।

अप्रत्याशित परिणाम और अनसुलझे प्रश्न

डेटा मिलने से पहले वैज्ञानिकों का मानना था कि अरबों वर्षों में बार-बार होने वाली टक्करों के प्रभाव छोटे ट्रांस-नेप्च्यूनियन पिंडों पर विशेष रूप से स्पष्ट होने चाहिए। टक्करों से वस्तुएँ टूट सकती थीं, नई सामग्री उजागर हो सकती थी और इस तरह सतह की संरचना तथा रंग बदल सकते थे। हालांकि, नए अवलोकनों में वस्तुओं के बीच ऐसे साझा रंग संबंध दिखे, जो बड़े पिंडों में देखे जाने वाले संबंधों जैसे हैं। यह उस सरल अपेक्षा से मेल नहीं खाता कि बार-बार टकराने के कारण छोटे पिंडों का रूप अनिवार्य रूप से अलग होना चाहिए।

अभी कम-से-कम दो संभावित व्याख्याएँ बनी हुई हैं। हो सकता है कि इन पिंडों को खगोलविदों की अपेक्षा कम टक्करों का सामना करना पड़ा हो, या फिर टक्करों के बाद भी उनकी सतहें मूल संरचना को सुरक्षित रख सकती हों। अभी उपलब्ध आँकड़ों से इन दोनों विकल्पों में से किसी एक को चुनना संभव नहीं है। रंग और संरचना के अध्ययन का नेतृत्व करने वाली नॉर्दर्न एरिज़ोना यूनिवर्सिटी की डॉक्टरेट छात्रा अनास्तासिया मॉर्गन ने कहा कि छोटे पिंड अपनी निर्माण-प्रक्रिया का इतिहास संजोए रखते हैं। सह-लेखक डेविड ट्रिलिंग ने इस बात पर ज़ोर दिया कि कक्षाओं में बदलाव के बावजूद गर्म पिंड अपने जन्मस्थान के संकेत सँजोए हुए हैं।

वेब के आँकड़ों से एक और नतीजा सामने आया: गर्म और ठंडी आबादियों में पिंडों के आकार का वितरण आश्चर्यजनक रूप से समान निकला। यह बात ख़ास तौर पर दिलचस्प है, क्योंकि अध्ययन के अनुसार, इन समूहों का निर्माण शुरुआती सौर मंडल के अलग-अलग क्षेत्रों में हुआ था। यह समानता इस ओर संकेत कर सकती है कि विभिन्न परिस्थितियों में ग्रहाणुओं के निर्माण की प्रक्रियाएँ एक-जैसे ढंग से काम करती थीं। लेकिन अवलोकन अभी यह नहीं समझाते कि ये वितरण एक जैसे क्यों हैं, सतहें किस तरह सुरक्षित रहती हैं और टक्करें कितनी बार हुईं।

स्रोत: ScienceDaily