प्रारंभिक सौर मंडल के बर्फीले ग्रहों की अब तक की सबसे अच्छी झलक

निष्कर्ष, आज प्रकाशित हुए प्रकृति खगोल विज्ञान, प्रारंभिक सौर मंडल में बर्फ के वितरण को प्रकट करें और टीएनओ कैसे विकसित होते हैं जब वे बृहस्पति और शनि के बीच विशाल ग्रहों के क्षेत्र में सेंटॉर बन जाते हैं।

टीएनओ छोटे पिंड या ‘ग्रहीय’ हैं, जो प्लूटो से परे सूर्य की परिक्रमा करते हैं। वे कभी भी ग्रहों में जमा नहीं हुए, और प्राचीन समय कैप्सूल के रूप में काम करते हैं, जो अरबों साल पहले सौर मंडल को आकार देने वाली आणविक प्रक्रियाओं और ग्रहों के प्रवास के महत्वपूर्ण साक्ष्य को संरक्षित करते हैं। सौर मंडल के ये पिंड बर्फीले क्षुद्रग्रहों की तरह हैं और इनकी कक्षाएँ नेप्च्यून की कक्षा के बराबर या उससे बड़ी हैं।

यूसीएफ के नेतृत्व वाले नए अध्ययन से पहले, टीएनओ को उनके कक्षीय गुणों और सतह के रंगों के आधार पर एक विविध आबादी के रूप में जाना जाता था, लेकिन इन वस्तुओं की आणविक संरचना को कम समझा गया था। दशकों तक, विस्तृत ज्ञान की कमी ने उनके रंग और गतिशील विविधता की व्याख्या में बाधा उत्पन्न की। अब, नए परिणाम संरचनागत जानकारी प्रदान करके रंग विविधता की व्याख्या के लंबे समय से चले आ रहे प्रश्न को उजागर करते हैं।

अध्ययन के प्रमुख लेखक नोएमी पिनिला-अलोंसो कहते हैं, “इस नए शोध के साथ, विविधता की एक अधिक संपूर्ण तस्वीर प्रस्तुत की गई है और पहेली के टुकड़े एक साथ आने लगे हैं।”

पिनिला-अलोंसो कहते हैं, “पहली बार, हमने ट्रांस-नेप्च्यूनियन वस्तुओं में देखे गए स्पेक्ट्रा, रंगों और अल्बेडो की उल्लेखनीय विविधता के लिए जिम्मेदार विशिष्ट अणुओं की पहचान की है।” “ये अणु – जैसे पानी की बर्फ, कार्बन डाइऑक्साइड, मेथनॉल और जटिल कार्बनिक पदार्थ – हमें टीएनओ की वर्णक्रमीय विशेषताओं और उनकी रासायनिक संरचनाओं के बीच सीधा संबंध देते हैं।”

जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (जेडब्ल्यूएसटी) का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने पाया कि टीएनओ को तीन अलग-अलग संरचना समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है, जो बर्फ प्रतिधारण रेखाओं के आकार के होते हैं जो उस युग में मौजूद थे जब अरबों साल पहले सौर मंडल का गठन हुआ था।

इन रेखाओं की पहचान उन क्षेत्रों के रूप में की जाती है जहां प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क के भीतर विशिष्ट बर्फ बनने और जीवित रहने के लिए तापमान पर्याप्त ठंडा था। ये क्षेत्र, सूर्य से उनकी दूरी से परिभाषित होते हैं, प्रारंभिक सौर मंडल के तापमान प्रवणता में प्रमुख बिंदुओं को चिह्नित करते हैं और ग्रहाणुओं की निर्माण स्थितियों और उनकी वर्तमान रचनाओं के बीच सीधा संबंध प्रदान करते हैं।

पेपर के दूसरे लेखक और इंस्टीट्यूट डी’एस्ट्रोफिज़िक स्पैटियल (यूनिवर्सिटी पेरिस-सैकले) में सेंटर नेशनल डे ला रेचेर्चे साइंटिफिक शोधकर्ता रोसारियो ब्रुनेटो का कहना है कि परिणाम प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में ग्रहाणुओं के निर्माण और उनके बाद के विकास के बीच पहला स्पष्ट संबंध हैं। . उनका कहना है कि यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि जटिल गतिशील विकास से आकार लेने वाली ग्रह प्रणाली में आज के देखे गए वर्णक्रमीय और गतिशील वितरण कैसे उभरे।

ब्रुनेटो कहते हैं, “टीएनओ के संरचनात्मक समूह समान कक्षाओं वाली वस्तुओं के बीच समान रूप से वितरित नहीं होते हैं।” “उदाहरण के लिए, कोल्ड क्लासिकल, जो प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क के सबसे बाहरी क्षेत्रों में बनते हैं, विशेष रूप से मेथनॉल और जटिल ऑर्गेनिक्स के प्रभुत्व वाले वर्ग से संबंधित हैं। इसके विपरीत, ऊर्ट क्लाउड से जुड़ी कक्षाओं पर टीएनओ, जो विशाल ग्रहों के करीब उत्पन्न हुए, ये सभी पानी के बर्फ और सिलिकेट्स द्वारा विशेषता वाले वर्णक्रमीय समूह का हिस्सा हैं।”

ब्रिटनी हार्विसन, एक यूसीएफ भौतिकी डॉक्टरेट छात्र, जिन्होंने पिनिला-अलोंसो के तहत अध्ययन करते हुए परियोजना पर काम किया था, का कहना है कि उनकी सतह की रचनाओं द्वारा परिभाषित तीन समूह प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क की रचनात्मक संरचना पर संकेत देने वाले गुणों को प्रदर्शित करते हैं।

वह कहती हैं, “यह उपलब्ध सामग्री के बारे में हमारी समझ का समर्थन करता है जिसने बाहरी सौर मंडल निकायों जैसे गैस दिग्गजों और उनके चंद्रमाओं या प्लूटो और ट्रांस-नेप्च्यूनियन क्षेत्र के अन्य निवासियों को बनाने में मदद की।”

के एक ही खंड में प्रकाशित सेंटॉर्स के एक पूरक अध्ययन में प्रकृति खगोल विज्ञानशोधकर्ताओं को अद्वितीय वर्णक्रमीय हस्ताक्षर मिले, जो टीएनओ से भिन्न थे, जो उनकी सतहों पर धूल भरे रेजोलिथ मेंटल की उपस्थिति को प्रकट करते हैं।

सेंटॉर के बारे में यह खोज, जो कि टीएनओ हैं, जिन्होंने नेप्च्यून के साथ करीबी गुरुत्वाकर्षण मुठभेड़ के बाद अपनी कक्षाओं को विशाल ग्रहों के क्षेत्र में स्थानांतरित कर दिया है, यह उजागर करने में मदद करता है कि कैसे टीएनओ सेंटॉर बन जाते हैं क्योंकि वे सूर्य के करीब आने पर गर्म हो जाते हैं और कभी-कभी धूमकेतु जैसे विकसित हो जाते हैं। पूँछ.

उनके काम से पता चला कि सभी देखी गई सेंटौर सतहों ने टीएनओ की सतहों के साथ तुलना करने पर विशेष विशेषताएं दिखाईं, जो सुझाव देती हैं कि आंतरिक सौर मंडल में उनकी यात्रा के परिणामस्वरूप संशोधन हुए।

पिनिला-अलोंसो का कहना है कि टीएनओ सतह प्रकारों के तीन वर्गों में से दो – बाउल और क्लिफ – सेंटौर आबादी में देखे गए थे, जिनमें से दोनों में अस्थिर बर्फ की मात्रा खराब है।

हालाँकि, सेंटॉर्स में, ये सतहें एक विशिष्ट विशेषता दिखाती हैं: वे बर्फ के साथ मिश्रित धूल भरी रेजोलिथ की एक परत से ढकी होती हैं, वह कहती हैं।

वह कहती हैं, “आश्चर्यजनक रूप से, हम एक नए सतह वर्ग की पहचान करते हैं, जो टीएनओ के बीच मौजूद नहीं है, जो आंतरिक सौर मंडल में बर्फ की खराब सतहों, धूमकेतु नाभिक और सक्रिय क्षुद्रग्रहों से मिलता जुलता है।”

इंस्टीट्यूटो डी एस्ट्रोफिसिका डी कैनारियास (आईएसी, टेनेरिफ़, स्पेन) के वरिष्ठ शोधकर्ता और सेंटॉर के काम के प्रमुख लेखक जेवियर लाइकेंड्रो का कहना है कि सेंटॉर में देखी गई वर्णक्रमीय विविधता अपेक्षा से अधिक व्यापक है, यह सुझाव देते हुए कि उनके थर्मल और रासायनिक विकास के मौजूदा मॉडल की आवश्यकता हो सकती है परिशोधन.

उदाहरण के लिए, लाइकेंड्रो का कहना है कि कार्बनिक हस्ताक्षरों की विविधता और देखे गए विकिरण प्रभावों की डिग्री पूरी तरह से अनुमानित नहीं थी।

“पानी, धूल और जटिल जीवों के संदर्भ में सेंटॉर्स आबादी में पाई गई विविधता टीएनओ आबादी और विभिन्न विकासवादी चरणों में विभिन्न उत्पत्ति का सुझाव देती है, जो इस बात पर प्रकाश डालती है कि सेंटॉर्स एक समरूप समूह नहीं हैं, बल्कि गतिशील और संक्रमणकालीन वस्तुएं हैं” लाइकेंड्रो कहते हैं। “सेंटॉर की सतह संरचना में देखे गए थर्मल विकास के प्रभाव टीएनओ और अन्य छोटे निकायों की आबादी, जैसे विशाल ग्रहों के अनियमित उपग्रहों और उनके ट्रोजन क्षुद्रग्रहों के बीच संबंध स्थापित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।”

अध्ययन के सह-लेखक चार्ल्स शेम्ब्यू, यूसीएफ के फ्लोरिडा स्पेस इंस्टीट्यूट (एफएसआई) के एक ग्रह वैज्ञानिक, जो सेंटॉर्स और धूमकेतुओं का अध्ययन करने में माहिर हैं, ने अवलोकनों के महत्व पर जोर दिया और कहा कि कुछ सेंटॉर्स को डिस्को-अवलोकित टीएनओ के समान श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

“यह बहुत गहरा है क्योंकि जब एक टीएनओ सेंटौर में परिवर्तित होता है, तो यह एक गर्म वातावरण का अनुभव करता है जहां सतह की बर्फ और सामग्री बदल जाती है,” शंबेउ कहते हैं। “जाहिरा तौर पर, हालांकि, कुछ मामलों में सतही परिवर्तन न्यूनतम होते हैं, जिससे व्यक्तिगत सेंटॉर्स को उनकी मूल टीएनओ आबादी से जोड़ा जा सकता है। टीएनओ बनाम सेंटॉर वर्णक्रमीय प्रकार अलग-अलग हैं, लेकिन जुड़े होने के लिए पर्याप्त समान हैं।”

अनुसंधान कैसे किया गया

ये अध्ययन टीएनओ की आणविक संरचना को उजागर करने के लिए पिनिला-अलोंसो के नेतृत्व में ट्रांस-नेप्च्यूनियन ऑब्जेक्ट्स की सतह संरचना की खोज (डिएससीओ) परियोजना का हिस्सा हैं। पिनिला-अलोंसो अब यूनिवर्सिडैड डी ओविएडो में ऑस्टुरियस में अंतरिक्ष विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान में एक प्रतिष्ठित प्रोफेसर हैं और उन्होंने एफएसआई के साथ एक ग्रह वैज्ञानिक के रूप में काम किया है।

अध्ययन के लिए, शोधकर्ताओं ने लगभग तीन साल पहले लॉन्च किए गए JWST का उपयोग किया, जिसने स्थलीय अवलोकनों और अन्य उपलब्ध उपकरणों की सीमाओं को पार करते हुए, निकट-अवरक्त अवलोकनों के माध्यम से टीएनओ और सेंटॉर्स की सतहों की आणविक विविधता के अभूतपूर्व दृश्य प्रदान किए।

टीएनओ अध्ययन के लिए, शोधकर्ताओं ने जेडब्ल्यूएसटी का उपयोग करके 54 टीएनओ के स्पेक्ट्रा को मापा, इन वस्तुओं के विस्तृत प्रकाश पैटर्न को कैप्चर किया। इन उच्च-संवेदनशीलता स्पेक्ट्रा का विश्लेषण करके, शोधकर्ता उनकी सतह पर विशिष्ट अणुओं की पहचान कर सकते हैं। क्लस्टरिंग तकनीकों का उपयोग करके, टीएनओ को उनकी सतह संरचना के आधार पर तीन अलग-अलग समूहों में वर्गीकृत किया गया था। उनके प्रकाश अवशोषण पैटर्न के आकार के कारण समूहों को “बाउल,” “डबल-डिप” और “क्लिफ” उपनाम दिया गया था।

उन्होंने पाया कि:

• बाउल-प्रकार टीएनओ नमूने का 25% हिस्सा बना और इसकी विशेषता पानी में बर्फ का मजबूत अवशोषण और धूल भरी सतह थी। उन्होंने क्रिस्टलीय जल बर्फ के स्पष्ट संकेत दिखाए और उनकी परावर्तनशीलता कम थी, जो अंधेरे, दुर्दम्य पदार्थों की उपस्थिति का संकेत देती है।

• डबल-डिप टीएनओ नमूने का 43% हिस्सा था और इसमें मजबूत कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ2) बैंड और जटिल कार्बनिक पदार्थों के कुछ लक्षण दिखाई दिए।

• क्लिफ-प्रकार टीएनओ नमूने का 32% हिस्सा था और इसमें जटिल ऑर्गेनिक्स, मेथनॉल और नाइट्रोजन-असर अणुओं के मजबूत संकेत थे, और रंग में सबसे लाल थे।

सेंटॉर्स अध्ययन के लिए, शोधकर्ताओं ने पांच सेंटॉर्स (52872 ओकिरहो, 3253226 थेरेस, 136204, 250112 और 310071) के परावर्तन स्पेक्ट्रा का अवलोकन और विश्लेषण किया। इससे उन्हें सेंटॉर्स की सतह की संरचना की पहचान करने की अनुमति मिली, जिससे देखे गए नमूने के बीच काफी विविधता का पता चला।

उन्होंने पाया कि थेरेस और 2003 डब्लूएल7 बाउल-प्रकार के हैं, जबकि 2002 केवाई14 क्लिफ-प्रकार के हैं। शेष दो सेंटोरस, ओकिरहो और 2010 केआर59, किसी भी मौजूदा वर्णक्रमीय वर्ग में फिट नहीं थे और उनके अद्वितीय स्पेक्ट्रा के कारण उन्हें “उथले-प्रकार” के रूप में वर्गीकृत किया गया था। इस नए परिभाषित समूह की विशेषता आदिम, धूमकेतु जैसी धूल की उच्च सांद्रता और बहुत कम या कोई अस्थिर बर्फ नहीं है।

पिछला शोध और अगले चरण

पिनिला-अलोंसो का कहना है कि पिछले डिस्को शोध से टीएनओ की सतहों पर व्यापक रूप से कार्बन ऑक्साइड की उपस्थिति का पता चला था, जो एक महत्वपूर्ण खोज थी।

वह कहती हैं, “अब, हम टीएनओ सतहों की अधिक व्यापक समझ प्रदान करके उस खोज को आगे बढ़ा रहे हैं।” “बड़े एहसासों में से एक यह है कि पानी की बर्फ, जिसे पहले सबसे प्रचुर सतह बर्फ माना जाता था, उतनी प्रचलित नहीं है जितना हमने एक बार मान लिया था। इसके बजाय, कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ₂) – पृथ्वी के तापमान पर एक गैस – और अन्य कार्बन ऑक्साइड, जैसे सुपर वाष्पशील कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ), बड़ी संख्या में निकायों में पाए जाते हैं।”

हार्विसन का कहना है कि नए अध्ययन के निष्कर्ष केवल शुरुआत हैं।

वह कहती हैं, “अब जब हमारे पास पहचाने गए रचनात्मक समूहों के बारे में सामान्य जानकारी है, तो हमारे पास तलाशने और खोजने के लिए और भी बहुत कुछ है।” “एक समुदाय के रूप में, हम उन विशिष्टताओं की खोज शुरू कर सकते हैं जिनसे समूहों का निर्माण हुआ जैसा कि हम आज उन्हें देखते हैं।”

इस शोध को नासा द्वारा स्पेस टेलीस्कोप साइंस इंस्टीट्यूट से अनुदान के माध्यम से समर्थित किया गया था।