धूमकेतूंची ग्रहशाळा!

 

 

 

 

‘पीडीएस ७०’ ही ‘नरतुरंग’ (सेंटॉरस) तारकासमूहाच्या दिशेने असलेली तरुण तारकीय प्रणाली आहे. तिचे वय अंदाजे ५४ लाख वर्षे असून, आपल्या सूर्याच्या सुमारे ४६० कोटी वर्षांच्या वयाशी तुलना करता, ती विश्वाच्या कालमानात अगदीच तरुण आहे. या तार्‍याभोवती वायू आणि धुळीची विस्तीर्ण चकती आहे. अशा चकतीला ‘प्रोटोप्लॅनेटरी डिस्क’ किंवा ‘आद्यग्रह चकती’ म्हणतात. या चकतीतील पदार्थ गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली एकत्र येत असताना, ग्रहांची निर्मिती होते. ‘पीडीएस ७० बी’ आणि ‘पीडीएस ७० सी’ हे दोन महाकाय ग्रह या प्रणालीत ओळखले गेले आहेत. ते आपल्या सभोवतालच्या चकतीतूनच पदार्थ मिळवत असल्याचे निरीक्षणांतून दिसते. त्यांच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे चकतीतील पदार्थांचे वितरण बदलले असून, त्यांच्या कक्षांच्या परिसरात मोठ्या पोकळ्या निर्माण झाल्या आहेत. त्यामुळे ग्रहांची निर्मिती आणि त्यांच्याभोवतीच्या पदार्थांची हालचाल यांचा एकाच वेळी अभ्यास करण्यासाठी, ही प्रणाली विशेष महत्त्वाची. 

 

या संशोधनातील वैशिष्ट्य म्हणजे, शास्त्रज्ञांना बाह्य धूमकेतूंची स्पष्ट छायाचित्रे मिळालेली नाहीत. त्याऐवजी तार्‍याच्या प्रकाशातील सूक्ष्म बदलांचा अभ्यास करून त्यांच्या अस्तित्वाचे संकेत शोधण्यात आले. युरोपीय दक्षिणी वेधशाळेच्या उच्च अचूकतेच्या वर्णपट मापकाने २०१८ मध्ये नोंदवलेल्या निरीक्षणांचा संशोधकांनी पुन्हा अभ्यास केला. त्यामध्ये ‘पीडीएस ७०’ तार्‍याच्या प्रकाशाच्या वर्णपटात, सोडियम या मूलद्रव्याशी संबंधित ‘शोषणरेषा’ (absorption lines) आढळल्या. या रेषांची तीव्रता आणि वर्णपटातील स्थिती कालांतराने बदलत असल्याचेही दिसले. काही निरीक्षणांत त्या स्पष्ट होत्या, तर काहीवेळा त्या कमकुवत किंवा दिसेनाश्या होत होत्या. अशा बदलांमागे तार्‍याच्या प्रकाशमार्गात येणार्‍या वायूचे ढग कारणीभूत असू शकतात.

 

तार्‍याचा प्रकाश पृथ्वीपर्यंत पोहोचताना मधल्या वायूच्या थरातून जात असेल, तर त्या वायूतील अणू विशिष्ट तरंगलांबींचा प्रकाश शोषून घेतात. परिणामी, वर्णपटात त्या तरंगलांबींवर गडद रेषा दिसतात. या रेषांची स्थिती, तीव्रता आणि कालानुसार होणारे बदल तपासून, शास्त्रज्ञ त्या वायूचे रासायनिक स्वरूप आणि त्याची हालचाल समजून घेण्याचा प्रयत्न करतात. ‘पीडीएस ७०’च्या निरीक्षणांत दिसलेले सोडियमचे बदलते ठसे, हे तार्‍याच्या जवळून जाणार्‍या वायूशी सुसंगत आहेत. संशोधकांच्या मते, बर्फाळ बाह्य धूमकेतू तार्‍याच्या जवळ आल्यावर त्यांच्या पृष्ठभागावरील पदार्थ उष्णतेमुळे थेट वायुरूपात बदलत असावेत. या प्रक्रियेला ‘ऊर्ध्वपातन‘ (sublimation) म्हणतात. अशा वेळी बाह्य धूमकेतूभोवती वायूचे आवरण तयार होऊ शकते आणि त्यातून तार्‍याचा प्रकाश जाताना वर्णपटात तात्पुरते बदलही दिसू शकतात.

 

मग हे बाह्य धूमकेतू तार्‍याच्या इतक्या जवळ कसे पोहोचतात? याचे एक संभाव्य उत्तर या प्रणालीतील महाकाय ग्रहांच्या गुरुत्वाकर्षणात दडलेले आहे. ग्रहांचे गुरुत्वाकर्षण त्यांच्या आसपासून जाणार्‍या लहान खगोलीय वस्तूंचा वेग आणि कक्षा बदलू शकते. काही वस्तू तार्‍यापासून दूर असलेल्या प्रदेशांतून अधिक जवळच्या कक्षांमध्ये ढकलल्या जाऊ शकतात. तार्‍याजवळ पोहोचल्यावर त्यांच्यावर पडणार्‍या ऊर्जेचे प्रमाण वाढते आणि त्यांच्या पृष्ठभागावरील बर्फाळ पदार्थांचे ‘ऊर्ध्वपातन’ सुरू होऊ शकते. संशोधकांच्या संगणकीय प्रतिकृतींमध्ये अशाप्रकारची कक्षीय उत्क्रांती शय असल्याचे दिसते. मात्र, बाह्य क्षेत्रातील प्रत्येक धूमकेतूची कक्षा निश्चित झाली आहे, असे अद्याप म्हणता येणार नाही. तसेच एखाद्या विशिष्ट ग्रहामुळेच तो तार्‍याच्या अधिक जवळ आला, असेही निश्चितपणे सांगता येणार नाही.

 

या शोधामुळे आणखी एक महत्त्वाचा प्रश्न निर्माण होतो. ग्रहांच्या निर्मितीकाळात पाणी आणि इतर रासायनिक पदार्थ एका प्रदेशातून दुसर्‍या प्रदेशात कसे पोहोचतात? ‘जेम्स वेब’ अवकाश दुर्बिणीने ‘पीडीएस ७०’च्या आतील चकतीत, पाण्याच्या वाफेचे संकेत नोंदवले आहेत. मात्र, हे पाणी नेमके कसे तयार झाले किंवा ते त्या प्रदेशात कसे पोहोचले, हे अद्याप स्पष्ट झालेले नाही. ते स्थानिक रासायनिक प्रक्रियांमधून तयार झालेले असू शकते किंवा दूरच्या थंड प्रदेशांतील बर्फाळ खगोलीय वस्तूंनीही काही पदार्थ आतील भागात आणले असण्याची शक्यता आहे. बाह्य धूमकेतूंच्या हालचालींमुळे पाणी, कार्बनयुक्त रेणू आणि इतर बाष्पशील पदार्थ, ग्रह तयार होत असलेल्या प्रदेशांत पोहोचू शकतात. मात्र, ‘पीडीएस ७०’मधील बाह्य धूमकेतूंनीच निरीक्षणांत दिसलेल्या पाण्याची वाफ आणली, असा निष्कर्ष सध्या काढता येत नाही.

 

सौरमालेच्या इतिहासात, अशाच प्रक्रियांनीही महत्त्वाची भूमिका बजावली असण्याची शक्यता आहे. पृथ्वीवरील पाण्याच्या उगमाविषयी शास्त्रज्ञ अनेक दशकांपासून संशोधन करत आहेत. पृथ्वीच्या निर्मितीदरम्यान काही पाणी तिच्या परिसरातील पदार्थांपासून आले असावे; तसेच धूमकेतू आणि इतर बर्फाळ खगोलीय वस्तूंनी पृथ्वीवरील पाणी आणि इतर पदार्थांच्या साठ्यात भर घातली असावी का, याचाही शोध घेतला जात आहे. मात्र, पृथ्वीवरील सर्व पाणी धूमकेतूंमार्फतच आले होते, असे म्हणणे वैज्ञानिकदृष्ट्या चुकीचे ठरेल. ‘पीडीएस ७०’सारख्या तरुण ग्रहप्रणालींचा अभ्यास केल्यास, ग्रहनिर्मितीच्या काळात अशा पदार्थांचे वहन कसे झाले असावे, याचे स्पष्ट चित्र मिळू शकेल.

 

या शोधाकडे पाहताना एक महत्त्वाची मर्यादा लक्षात घ्यावी लागते. सोडियमच्या ‘शोषणरेषां’मधील बदल हे बाह्य धूमकेतूंच्या ‘ऊर्ध्वपातना’शी सुसंगत संकेत आहेत. परंतु, प्रत्येक निरीक्षणाचा उगम निश्चित करण्यासाठी आणखी पुरावे आवश्यक आहेत. भविष्यातील निरीक्षणांमध्ये इतर रासायनिक घटकांच्या खुणा शोधणे, वायूच्या हालचालींचे अधिक अचूक मापन करणे आणि संभाव्य बाह्य धूमकेतूंच्या कक्षांचा अभ्यास करणे महत्त्वाचेच ठरेल. अशा संशोधनातून तार्‍याभोवती फिरणार्‍या बर्फाळ खगोलीय वस्तूंचे स्वरूप आणि ग्रहांच्या निर्मितीशी असलेला त्यांचा संबंध अधिक चांगल्या प्रकारे समजू शकेल.

 

या संशोधनातून, भविष्यात आणखी एका महत्त्वाच्या प्रश्नाचा मागोवा घेता येऊ शकतो. नवजात ग्रह प्रणालींमध्ये रासायनिक पदार्थांचे वितरण किती बदलते? ग्रह तयार होणार्‍या चकतीत सर्वत्र तापमान सारखेच नसते. तार्‍याजवळचा प्रदेश तुलनेने उष्ण, तर दूरचा प्रदेश अतिशय थंड असतो. त्यामुळे पाणी आणि इतर बाष्पशील पदार्थ काही ठिकाणी वायुरूपात, तर काही ठिकाणी बर्फाच्या स्वरूपात आढळू शकतात. या प्रदेशांदरम्यान बाह्य धूमकेतूंसारख्या खगोलीय वस्तूंची हालचाल झाल्यास पदार्थांचे वितरण बदलू शकते. परिणामी, एखाद्या ग्रहाच्या निर्मितीवेळी त्याला कोणते रासायनिक घटक उपलब्ध झाले, यावरही परिणाम होऊ शकतो. भविष्यात ‘पीडीएस ७०’मधील वायूंच्या वर्णपटाचा अधिक सखोल अभ्यास करून सोडियमबरोबरच इतर मूलद्रव्ये आणि रेणूंचे संकेत शोधता आल्यास या पदार्थांच्या संभाव्य उगमाविषयीची अधिक माहिती मिळू शकेल. अशा निरीक्षणांमुळे केवळ सैद्धांतिक प्रारूपांवर अवलंबून न राहता, प्रत्यक्ष निरीक्षणांवर आधारित ग्रहीय प्रणालींमधील सामग्रीची वाहतूक समजून घेणेही शक्य होईल.

 

‘पीडीएस ७०’मधील हा शोध आपल्याला ग्रहांची निर्मिती ही केवळ धूळ आणि वायू एकत्र येण्याची प्रक्रिया नसल्याचेही दाखवतो. त्याकाळात गुरुत्वाकर्षण, उष्णता, रासायनिक बदल आणि असंख्य लहान खगोलीय वस्तूंची हालचाल यांच्या गुंतागुंतीचा परस्परसंबंध कार्यरत असतो. बाह्य धूमकेतूंच्या हालचालींचे संकेत म्हणजे, या प्रक्रियेतील एक महत्त्वाचा धागाच आहे. एका दूरच्या, अजून बाल्यावस्थेत असलेल्या तारा प्रणालीतील प्रकाशाच्या सूक्ष्म बदलांचा अभ्यास करून, शास्त्रज्ञ ग्रहांच्या जन्माची कहाणी उलगडण्याचा प्रयत्न करत आहेत. या संशोधनातून मिळणारी पुढील माहिती, आपल्या सौरमालेच्या सुरुवातीच्या इतिहासाविषयीही नवे प्रश्न आणि नवी उत्तरे समोर आणू शकते.