বহিঃসৌর মহাপৃথিবী TRAPPIST-1 b গ্রহে প্রথম তাপ নির্গমন সনাক্ত ।। মুহাম্মদ আস্রাফুল আলম সোহেল

আমাদের সৌরজগতের বাইরে এক বহিঃসৌর মহাপৃথিবী (Super Earth Exoplanet) হচ্ছে TRAPPIST-1 b । এ পাথুরে গ্রহটি 2MASS J23062928-0502285 b নামেও পরিচিত । গত ০২রা মে, ২০১৬ খ্রিস্টাব্দে Michaël Gillon et al প্রথম গ্রহটি আবিষ্কার করেন । পৃথিবী থেকে প্রায় ৪০.৭ আলোকবর্ষ (১২.৫ parsecs) দূরে Aquarius নক্ষত্রমণ্ডলের কুম্ভ রাশিতে এটি অবস্থিত । গ্রহটি পৃথিবীর চেয়ে প্রায় ৩৭% বেশি বৃহদায়তন এবং প্রায় ১২% বড় । TRAPPIST-1b গ্রহটির ভর, ব্যাসার্ধ এবং মাধ্যাকর্ষণ উভয় ক্ষেত্রেই পৃথিবীর সাথে অনেকটা মিল রয়েছে । এর ব্যাসার্ধ ১.১১৬ R, ভর ১.৩৭৪ M এবং প্রায় ১১০% পৃথিবীর পৃষ্ঠ মাধ্যাকর্ষণ । এটি পৃথিবীর চেয়ে প্রায় চারগুণ বেশি শক্তি গ্রহণ করে এবং সামান্য কম ঘন । একটি বায়ুমণ্ডলের উপস্থিতি অনুমান করে এর পৃষ্ঠের প্রাথমিকভাবে তাপমাত্রা: ৭৫০ কেলভিন (৪৭৭ °C বা ৮৯০ °F), ১৫০০ কেলভিন (১২৩০ °C বা ২২৪০ °F) এবং সম্ভাব্য সর্বোচ্চ ২০০০ কেলভিন (১৭৩০ °C বা ৩১৪০ °F) । গ্রহটি শুক্র গ্রহপৃষ্ঠের চেয়ে অনেক বেশি গরম এবং সম্ভবত এ গ্রহের পৃষ্ঠটি গলিত লাভা’র কারণে যথেষ্ট গরম । TRAPPIST-1 b বহিঃসৌর গ্রহটি হচ্ছে TRAPPIST-1 নক্ষত্রের গ্রহতন্ত্রে পরিচিত সাতটি গ্রহের মধ্যে সবচেয়ে ভিতরে অবস্থিত । অভ্যন্তরীণ এ গ্রহটির একটি খুব বৃত্তাকার কক্ষপথও আছে যার উত্কেন্দ্রতা বা কেন্দ্রীয় দূরত্ব ০.০০৬২২, যেটি পৃথিবীর কক্ষপথের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি বৃত্তাকার । কক্ষপথের দূরত্ব পৃথিবীর তুলনায় একশত ভাগের মতো এবং পৃথিবী তার মূল বা কেন্দ্রীয় নক্ষত্র সূর্য থেকে যে পরিমাণ শক্তি পেয়ে থাকে তার প্রায় চারগুণ শক্তি এটি গ্রহণ করে । গ্রহটি ০.০১১ AU (১.৭২ মিলিয়ন কিলোমিটার বা ১.০৭ মিলিয়ন মাইল) দূরত্বে তার মূল বা কেন্দ্রীয় নক্ষত্র TRAPPIST-1 কে খুব কাছাকাছি প্রদক্ষিণ করে, পৃথিবী এবং সূর্যের মধ্যে দূরত্বের মাত্র ১.২% । একটি কক্ষপথ (বর্তনী বা আবর্তন) সম্পূর্ণ করতে মাত্র ৩৬ ঘন্টা বা প্রায় ১.৫১ পৃথিবী দিন সময় লাগে । মূল বা কেন্দ্রীয় নক্ষত্রের নিকটবর্তী হওয়ার অর্থ হচ্ছে TRAPPIST-1b গ্রহে সম্ভবত জোয়ার-ভাটা তালাবদ্ধ রয়েছে । যদিও গ্রহটি TRAPPIST-1 এর গ্রহতন্ত্রের বসবাসযোগ্য অঞ্চলের মধ্যে নয় । তবুও গ্রহের পর্যবেক্ষণগুলো থেকে এর ভাই-বোন গ্রহগুলোর পাশাপাশি অন্যান্য M-বামন নক্ষত্রগুলোর গ্রহতন্ত্র সম্পর্কেও অনেক গুরুত্বপূর্ণ তথ্য পাওয়া যেতে পারে । ২০১৭ খ্রিস্টাব্দের গোড়ার দিকে জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা পৃথিবী থেকে ৪০ আলোকবর্ষ দূরে একটি অতিশীতল লাল বামন (Ultracool Red Dwarf বা M dwarf) নক্ষত্রকে সাতটি পাথুরে গ্রহ প্রদক্ষিণ করে, এমন একটি আবিষ্কারের কথা জানিয়েছিলেন । ঐ বহিঃসৌর গ্রহগুলো সম্পর্কে উল্লেখযোগ্য বিষয় হচ্ছে যে, আমাদের নিজস্ব সৌরজগতের অভ্যন্তরীণ পাথুরে গ্রহগুলোর আকার এবং ভরের সাথে তাদের মিল রয়েছে । আমাদের সৌরজগতের যে কোনো গ্রহ সূর্যকে প্রদক্ষিণ করার চেয়ে যদিও বহিঃসৌর গ্রহগুলো সকলেই তাদের মূল নক্ষত্রের অনেক কাছাকাছি প্রদক্ষিণ করে ৷ সকলেই বুধের কক্ষপথের মধ্যে আরামে মানানসই করতে পারে– তারা তাদের এ ক্ষুদ্র কেন্দ্রীয় বা মূল নক্ষত্র থেকে তুলনামূলক পরিমাণে শক্তি পায় । TRAPPIST-1 নক্ষত্র হচ্ছে একটি অতি শীতল লাল বামন (প্রয়াত M বামন) । যার ভর ০.০৮৯ সৌর ভর (M☉) (সূর্যের ভরের মাত্র ০.০৯ গুণ) এবং ০.১২১ সৌর ব্যাসার্ধ (R☉) । নক্ষত্রটির তাপমাত্রা ২৫৬৬ কেলভিন এবং ৩ থেকে ৮ বিলিয়ন বছরের পুরনো । সে তুলনায়, সূর্য ৪.৬ বিলিয়ন বছর পুরনো এবং সূর্যের তাপমাত্রা ৫৭৭৮ কেলভিন । ক্ষুদ্র বামন নক্ষত্রটি সূর্যের চেয়ে প্রায় ০.০০০৫ গুণ উজ্জ্বলতায় খুবই ম্লান বা অনুজ্জ্বল ৷ ১৮.৮০ আপাত মাত্রায় এটিকে খালি চোখে দেখা খুবই মূর্ছাপ্রবণ । এ নক্ষত্র তার কেন্দ্রে হাইড্রোজেন পোড়াতে সক্ষম । নক্ষত্রটি ধাতব সমৃদ্ধ, যার ধাতবতা ([Fe/H]) ০.০৪ বা ১০৯% সৌর পরিমাণ । বিশেষ করে এটি অদ্ভুত, কারণ বাদামী বামন এবং হাইড্রোজেন-অদৃশ্য বা উত্তাপে গলিয়া যাত্তয়া (Hydrogen-fusing) নক্ষত্রের মধ্যে সীমানার কাছাকাছি এ ধরনের কম ভরের নক্ষত্রগুলোতে সূর্যের তুলনায় যথেষ্ট কম ধাতব উপাদান রয়েছে বলে ধারণা করা হয় । এর দীপ্তি (L☉) সূর্যের ০.০৫২২% । TRAPPIST-1 System বা গ্রহতন্ত্রে পৃথিবীর মতো এ নক্ষত্রের চারপাশে মোট সাতটি বহিঃসৌর গ্রহ রয়েছে । তাদের মধ্যে তিনটি— TRAPPIST-1e, TRAPPIST-1f এবং TRAPPIST-1g তাদের মূল নক্ষত্র TRAPPIST-1 এর “বসবাসযোগ্য অঞ্চলে” (The TRAPPIST-1 Habitable Zone) বাস করে । যদিও TRAPPIST-1b, TRAPPIST-1c ও TRAPPIST-1d গ্রহগুলো TRAPPIST-1 নক্ষত্রের গ্রহতন্ত্রে সম্ভাব্য বাসযোগ্য অঞ্চলের খুবই কাছাকাছি এবং TRAPPIST-1h গ্রহটির অবস্থান অনেক দূরে । ২০১৮ খ্রিস্টাব্দে Spitzer Space Telescope দিয়ে TRAPPIST-1b বহিঃসৌর গ্রহের বায়ুমণ্ডল পরীক্ষা করা হয় । প্রকাশিত পর্যবেক্ষণগুলোতে দেখা যায় যে, গ্রহটির বায়ুমণ্ডল পৃথিবী ও শুক্রের তুলনায় অনেক বড় । বর্ণালিবীক্ষণ দ্বারা নিশ্চিত করে গ্রহটির তুলনামূলকভাবে কম ঘনত্ব, অত্যন্ত পুরু, সম্ভাব্যভাবে CO2 সমৃদ্ধ, জলীয় বাষ্পযুক্ত এবং সালফিউরিক এসিড মেঘ গঠনের কারণে খুবই গরম বায়ুমণ্ডল রয়েছে । একই বছর ফেব্রুয়ারিতে প্রকাশিত আরেকটি গবেষণায় দেখা যায়, TRAPPIST-1b গ্রহে পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের পৃষ্ঠ চাপের ১০০০০ গুণ পর্যন্ত জল-সমৃদ্ধ বায়ুমণ্ডল রয়েছে । সৌরজগতের উষ্ণতম গ্রহ শুক্রের সাথে গ্রহটির বেশ মিল রয়েছে । এদিকে আন্তর্জাতিক গবেষকদের একটি দল মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের স্বাধীন সংস্থা ”জাতীয় বিমানচালনা ও মহাকাশ প্রশাসন” (NASA) এর James Webb Space Telescope (JWST) ব্যবহার করে ২০২৩ খ্রিস্টাব্দে গ্রহটির তাপমাত্রা পরিমাপ করে । গ্রহের তাপীয় নির্গমনের উপর ভিত্তি করে এ পরিমাপ করা হয় । Mid-Infrared Instrument (MIRI) এর দ্বারা অবলোহিত আলো আকারে তাপ শক্তি সনাক্ত করে । কিন্তু বিস্ময়কর হচ্ছে যে, এ বার ঘোষিত পর্যবেক্ষণগুলো থেকে বোঝা যায়-  গ্রহটির কোনো উল্লেখযোগ্য বায়ুমণ্ডল নেই । যার পৃষ্ঠের তাপমাত্রা প্রায় ৫০৩ কেলভিন (২৩০ °C বা ৪৪৬ °F) । উপরন্তু, বৃহস্পতির চাঁদ Io এর মতো জোয়ার-ভাটার কারণে গ্রহটি খুব ভূতাত্ত্বিকভাবে সক্রিয় হতে পারে, যা একই রকম কক্ষপথের সময়কাল এবং উত্কেন্দ্রতা বা কেন্দ্রীয় দূরত্বের সাথে ঘটে থাকে । গ্রহটির সম্ভাব্য বড় বায়ুমণ্ডল নিশ্চিত করতে আরো অধ্যয়ন বা গবেষণা করতে হবে । TRAPPIST-1b গ্রহ থেকে কোনো হিলিয়াম নির্গমন সনাক্ত করা যায়নি । এছাড়া, কার্বন ডাই অক্সাইড দ্বারা শোষিত হওয়ার (বায়ুমণ্ডলীয় শোষণ) কোনো লক্ষণও দেখা যায়নি, যা এ পরিমাপে স্পষ্ট হবে । তা সত্ত্বেও, TRAPPIST-1 নক্ষত্রের মতো ক্ষুদ্র সক্রিয় নক্ষত্রকে প্রদক্ষিণকারী বহিঃসৌর গ্রহগুলো প্রাণের অস্তিত্ব টিকিয়ে রাখতে প্রয়োজনীয় বায়ুমণ্ডল বজায় রাখতে পারে কি-না তা নির্ধারণে গবেষণার ফলাফলটি একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ চিহ্নিত করে । MIRI যন্ত্র ব্যবহার করে পরিমিত তাপসম্পন্ন বা নাতিশীতোষ্ণ বৈশিষ্ট্য, পৃথিবী আকৃতির বহিঃসৌর গ্রহগুলোকে চিহ্নিত করতে Webb দূরবীক্ষণ যন্ত্রটির ক্ষমতার বিষয়টিও ভালো পূর্বাভাস নির্দেশ করে । NASA এর Ames Research Center এর জ্যোতির্পদার্থবিদ এবং Nature সাময়িকীতে ২৭শে মার্চ ২০২৩ খ্রিস্টাব্দে প্রকাশিত এ গবেষণার প্রধান লেখক Thomas Greene বলেন যে: ”এ পর্যবেক্ষণগুলো সত্যিই Webb এর মধ্য-অবলোহিত ক্ষমতার সদ্ব্যবহার করে । পূর্বের কোনো দূরবীক্ষণযন্ত্রগুলোতে এ জাতীয় অনুজ্জ্বল বা অস্পষ্ট মধ্য-অবলোহিত আলো পরিমাপ করার সংবেদনশীলতা ছিল না । আকাশগঙ্গায় সূর্যের মতো G নক্ষত্রের চেয়ে TRAPPIST-1 নক্ষত্রগুলোর মতো প্রায় দশ গুণ বেশি M নক্ষত্র আছে এবং সূর্যের মতো নক্ষত্রের তুলনায় তাদের দ্বিগুণ পাথুরে গ্রহ থাকার সম্ভাবনা রয়েছে । কিন্তু তারা খুব সক্রিয়–  তারা অল্প বয়সে খুবই উজ্জ্বল হয়, তারা দাউদাউ করিয়া জ্বলা অগ্নিশিখা এবং রঞ্জন-রশ্মি ছেড়ে দেয় যা একটি বায়ুমণ্ডলকে নিশ্চিহ্ন করতে পারে ।” French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) এর সহ-লেখক Elsa Ducrot বলেন: ”ছোট, শীতল নক্ষত্রের চারপাশে পার্থিব গ্রহগুলো চিহ্নিত করা সহজ । কিন্তু আমরা যদি M নক্ষত্রের চারপাশে বসবাসযোগ্যতা বুঝতে চাই তাহলে TRAPPIST-1 এর গ্রহতন্ত্রটি একটি দুর্দান্ত পরীক্ষাগার । পাথুরে গ্রহে বায়ুমণ্ডল দেখার জন্য এগুলো আমাদের কাছে সেরা লক্ষ্য ।” Hubble Space Telescope এবং Spitzer Space Telescope দ্বারা TRAPPIST-1 b গ্রহের পূর্ববর্তী পর্যবেক্ষণগুলোতে এক স্ফীত বা দমকা বায়ুমণ্ডলের কোনো প্রমাণ খুঁজে পায়নি, তবে এর একটি ঘন বায়ুমণ্ডলের সম্ভাবনাও নাকচ করেনি । CEA এর আরেকজন জ্যেষ্ঠ জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞানী ও সহ-লেখক Pierre-Olivier Lagage বলেন: “যদি গ্রহটিতে তাপ সঞ্চালন এবং পুনঃবন্টন করার জন্য বায়ুমণ্ডল না থাকে তবে দিনের দিকটি শীতল হবে । এ গ্রহটি সম্ভবত জোয়ারে তালাবদ্ধ, একপাশ সর্বদা মূল নক্ষত্রের দিকে মুখ করে এবং অন্যটি স্থায়ী অন্ধকারে থাকে ।” জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা মধ্য-অবলোহিত আলোর উজ্জ্বলতা পরিমাপ করতে Webb এর Mid-Infrared Instrument (MIRI) যন্ত্র ব্যবহার করেন । যখন গ্রহটি নক্ষত্রের পাশে থাকে, তখন নক্ষত্র ও গ্রহের দিনের বেলা উভয়ের দ্বারা নির্গত আলো দূরবীক্ষণ যন্ত্রে পৌঁছায় এবং তন্ত্র বা পদ্ধতিটি আরো উজ্জ্বল দেখায় । যখন গ্রহটি নক্ষত্রের পিছনে থাকে, তখন গ্রহ থেকে নির্গত আলো অবরুদ্ধ হয়ে যায় এবং শুধুমাত্র নক্ষত্রের আলো দূরবীক্ষণ যন্ত্রে পৌঁছায়, যার ফলে আপাত উজ্জ্বলতা হ্রাস পায় । গবেষক দলটি ‘মাধ্যমিক গ্রাস বা গ্রহণ আলোকমিতি’ (Secondary eclipse photometry) নামে একটি কৌশল ব্যবহার করে ৷ যেখানে এ গ্রহটি নক্ষত্রের পিছনে চলে যাওয়ার সাথে সাথে তন্ত্র বা পদ্ধতি থেকে উজ্জ্বলতার পরিবর্তন পরিমাপ করে MIRI যন্ত্রটি । যদিও TRAPPIST-1 b গ্রহ তার নিজের দৃশ্যমান আলো দিতে যথেষ্ট গরম নয়, তবে এর একটি অবলোহিত আভা রয়েছে । নক্ষত্র এবং গ্রহের একত্রিত উজ্জ্বলতা থেকে নক্ষত্রের নিজস্ব উজ্জ্বলতা (মাধ্যমিক গ্রাস বা গ্রহণের সময়) বিয়োগ করে তারা সফলভাবে গণনা করতে সক্ষম হয়েছেন যে, গ্রহটি কতোটা অবলোহিত আলো দিচ্ছে । পরবর্তীতে MIRI যন্ত্রটি দিনের তাপমাত্রা পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয় । লেখচিত্রটি MIRI যন্ত্রের F1500W ছাঁকনি ব্যবহার করে পাঁচটি পৃথক পর্যবেক্ষণ থেকে সম্মিলিত তথ্য দেখায়, যা শুধুমাত্র ১৩.৫-১৬.৬ মাইক্রন পর্যন্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলোকে আবিষ্কারক যন্ত্রে যেতে অনুমতি দেয় । নীল বর্গগুলো হচ্ছে স্বতন্ত্র উজ্জ্লতার পরিমাপ । লাল বৃত্তগুলো পরিমাপ দেখায় যা “বাঁধা” (Binned) বা গড় করা হয় যাতে সময়ের সাথে পরিবর্তনটি দেখতে সহজ হয় ৷ মাধ্যমিক গ্রাস বা গ্রহণের সময় ০.১% এর কম উজ্জ্বলতা হ্রাস পায় । মানে, গ্রহের চেয়ে ১০০০ গুণ বেশি উজ্জ্বল নক্ষত্রের সাথে উজ্জ্বলতার পরিবর্তন ০.১% এর কম । MIRI যন্ত্রটি ০.০২৭% (৩৭০০ এর মধ্যে ১ অংশ) এর মতো ছোট পরিবর্তন সনাক্ত করতে সক্ষম হয় । Webb এর একটি মাধ্যমিক গ্রাস বা গ্রহন সনাক্তকরণের জন্য নিজেই একটি বড় মাইলফলক । এ গবেষণাটি Webb Guaranteed Time Observation (GTO) কর্মসূচী ১১৭৭ এর অংশ হিসেবে পরিচালিত হয়েছিল । এটি তাদের দেখতে অনুমতি দেয় যে, দিনের থেকে রাতের দিকে তাপমাত্রা কিভাবে পরিবর্তিত হয় এবং গ্রহের বায়ুমণ্ডল আছে কি-না তা নিশ্চিত করা । জ্যোতির্পদার্থবিদ Pierre-Olivier Lagage বলেন: “একটি লক্ষ্য ছিল যা আমি পাওয়ার স্বপ্ন দেখেছিলাম এবং ইহা এটি একটি । এ প্রথম আমরা একটি পাথুরে, নাতিশীতোষ্ণ বা পরিমিত তাপসম্পন্ন গ্রহ থেকে তাপ নির্গমন সনাক্ত করতে পেরেছি । বহিঃসৌর গ্রহ আবিষ্কারের গল্পে এটি সত্যিই একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ ।” এটি আমাদের নিজস্ব সৌরজগতের বাইরে পৃথিবীর মতোই পাথুরে যেকোনো শীতল একটি বহিঃসৌর গ্রহের প্রথম তাপ নির্গমনের পর্যবেক্ষণ । 

তথ্যসূত্র: https://www.nasa.gov/   https://hubblesite.org/  https://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page

https://astronomical.fandom.com/wiki/Astronomy_Wiki    https://www.space.com/ (By: Tereza Pultarova)

চিত্র: https://www.wikiwand.com/