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KRONOS II: Solar-like Umbra and Penumbra Properties on the Young Sun V1298~Tau

JWST NIRISS/SOSS ट्रांजिट अवलोकनों के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने युवा सौर एनालॉग V1298 Tau के 14 स्टारस्पॉट क्रॉसिंग्स के तापीय गुणों का लक्षण वर्णन किया, जिससे यह प्रकट हुआ कि इन धब्बों में स्पष्ट उम्ब्रा (umbra) और पेनुम्ब्रा (penumbra) घटक हैं जिनके तापमान और क्षेत्रफल अनुपात परिपक्व सूर्य के सनस्पॉट्स के उल्लेखनीय रूप से समान हैं, जो यह सुझाव देते हैं कि सूर्य जैसे तारों की सतह की विषमताओं की मौलिक उपसंरचना उनके पूरे जीवनकाल में सुसंगत रहती है।

मूल लेखक: Matthew M. Murphy, Adina D. Feinstein, Meir E. Schochet, Benjamin V. Rackham, Luis Welbanks, Darryl Z. Seligman, Girish M. Duvvuri, Eva-Maria Ahrer, John H. Livingston, Saugata Barat, Jean-Michel Dése

प्रकाशित 2026-06-16

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Matthew M. Murphy, Adina D. Feinstein, Meir E. Schochet, Benjamin V. Rackham, Luis Welbanks, Darryl Z. Seligman, Girish M. Duvvuri, Eva-Maria Ahrer, John H. Livingston, Saugata Barat, Jean-Michel Désert, Rafael Luque, Catriona Murray, Matthew C. Nixon, Sydney Petz, Michael Radica, Hinna Shivkumar

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि सूर्य एक विशाल, चमकते हुए संतरे की तरह है। अब, कल्पना कीजिए कि वह संतरा पूरी तरह से चिकना नहीं है; उसकी त्वचा पर गहरे, ठंडे धब्बे हैं, जैसे कि झाइयां या नील (bruises)। हमारे अपने सूर्य पर, हम इन धब्बों को "सनस्पॉट्स" (sunspots) कहते हैं। लंबे समय तक, हम केवल अपने सूर्य पर ही इन धब्बों को स्पष्ट रूप से देख पाए क्योंकि यह बहुत करीब है। अन्य सभी तारों के लिए, वे केवल दूर के प्रकाश के छोटे बिंदु मात्र हैं, जिससे उनके "धब्बों" को विस्तार से देखना असंभव हो जाता है।

यह शोध पत्र इस बारे में है कि कैसे खगोलविदों की एक टीम जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) का उपयोग करके V12V8 Tau नामक एक युवा तारे के "धब्बों" को करीब से देखने में सफल रही। यह तारा हमारे सूर्य का एक "शिशु" संस्करण है, जो केवल लगभग 20 से 30 मिलियन वर्ष पुराना है (हमारा सूर्य 4.6 बिलियन वर्ष पुराना है)। क्योंकि यह युवा है, यह हमारे वर्तमान सूर्य की तुलना में बहुत अधिक सक्रिय है और धब्बों से भरा हुआ है।

यहाँ बताया गया है कि उन्होंने यह कैसे किया और उन्हें क्या मिला, सरल शब्दों में:

"शैडो पपेट" (परछाईं के खेल) वाली तकनीक

आमतौर पर, तारे पर धब्बा देखने के लिए, आपको तारे के घूमने और धब्बे को दृश्य में लाने का इंतज़ार करना पड़ता है। लेकिन इस टीम के पास एक विशेष तरकीब थी। वे V1298 Tau की परिक्रमा कर रहे तीन ग्रहों पर नज़र रख रहे थे।

कल्पना कीजिए कि आप एक टॉर्च (तारा) के सामने एक मार्बल (ग्रह) पकड़ते हैं। जैसे ही मार्बल टॉर्च की रोशनी के सामने से गुजरता है, वह प्रकाश को रोकता है। लेकिन यदि टॉर्च पर एक गहरा धब्बा हो, और मार्बल उस धब्बे के ऊपर से गुजरता है, तो प्रकाश में गिरावट उतनी नहीं होगी जितनी होनी चाहिए। वास्तव में, यह एक पल के लिए थोड़ा उज्ज्वल भी हो जाता है क्योंकि मार्बल चमकीले प्रकाश के बजाय एक गहरे धब्बे को ब्लॉक कर रहा होता है।

खगोलविदों ने V1298 Tau के सामने से गुजरने वाले ग्रहों को देखा। जब एक ग्रह V1298 Tau के "धब्बे" (starspot) के ऊपर से गुजरा, तो इसने डेटा में एक छोटा सा उभार (bump) बनाया। इन उभारों का अध्ययन करके, वे मानचित्र बना सके कि धब्बे कहाँ थे और वे कैसे दिखते थे।

"दो-रंग वाला" धब्बा (The Two-Tone Freckle)

लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि सनस्पॉट्स केवल एक समान गहरे रंग के होते हैं। लेकिन हमारे सूर्य के धब्बे वास्तव में अधिक जटिल होते हैं। उनका एक बहुत गहरा केंद्र होता है जिसे अम्ब्रा (umbra) कहा जाता है (जैसे नील का गहरा केंद्र) और उसके चारों ओर एक हल्का, धुंधला घेरा होता है जिसे पेनुम्ब्रा (penumbra) कहा जाता है (जैसे नील का किनारा)।

इस शोध पत्र की बड़ी खोज यह है कि V1298 Tau के धब्बों में यही "दो-रंग वाली संरचना" है।

अलग-अलग रंगों (तरंग दैर्ध्य/wavelengths) के माध्यम से प्रकाश को देखकर, टीम ने महसूस किया कि एक साधारण "एक-रंग वाला" मॉडल डेटा के साथ फिट नहीं बैठता। उन्हें एक ऐसा मॉडल उपयोग करना पड़ा जिसमें गहरा केंद्र और हल्का घेरा दोनों शामिल थे।

केंद्र (Umbra): बहुत ठंडा है, लगभग 3,200–3,400 डिग्री।
घेरा (Penumbra): गर्म है, लगभग 4,400–4,600 डिग्री।
तारे की त्वचा (Photosphere): सबसे गर्म है, लगभग 4,880 डिग्री।

यह पहली बार है जब किसी ने हमारे सूर्य के अलावा किसी अन्य तारे पर इस विशिष्ट "केंद्र-और-घेरे" वाली संरचना को देखा है, और यह पहली बार है जब JWST ने इसे देखने में मदद की है।

एक "शिशु सूर्य" जो एक "पुराने सूर्य" की तरह व्यवहार करता है

कहानी का सबसे आश्चर्यजनक हिस्सा हमारे अपने सूर्य के साथ तुलना है।

आकार: इस शिशु तारे के धब्बे बहुत विशाल हैं। कुछ धब्बे 24 पृथ्वी के आकार के बराबर हैं! हमारे सूर्य के सबसे बड़े धब्बे केवल लगभग 9 पृथ्वी चौड़े होते हैं।
तापमान: भले ही ये धब्बे विशाल हैं और तारा युवा है, लेकिन धब्बे और तारे की सतह के बीच का तापमान अंतर लगभग वैसा ही है जैसा हमारे आधुनिक, पुराने सूर्य पर होता है।

इसे ऐसे सोचें: यदि आप एक छोटे बच्चे और एक वयस्क को देखते हैं, तो उनमें मुँहासे अलग-अलग मात्रा में हो सकते हैं (बच्चे के पास अधिक होते हैं), लेकिन वास्तविक "मुँहासा" दोनों पर एक जैसा दिखता और महसूस होता है। यह सुझाव देता है कि ये धब्बे कैसे बनते हैं, इसकी भौतिकी (physics) नहीं बदलती जैसे-जैसे तारा पुराना होता है; केवल धब्बों की संख्या बदलती है।

वैश्विक मानचित्र (The Global Map)

टीम ने केवल उन धब्बों को नहीं देखा जिनसे ग्रह गुजरे। उन्होंने पूरे तारे के घूमने को कई हफ्तों तक देखने के लिए ज़मीनी दूरबीनों का भी उपयोग किया। इससे उन्हें उन "अदृश्य" धब्बों का मानचित्र बनाने में मदद मिली जिनसे ग्रहों ने पार नहीं किया था। उन्होंने पाया कि तारा बहुत अधिक गतिविधि से भरा हुआ है, जिसमें भूमध्य रेखा के आसपास धब्बों के बड़े समूह घूम रहे हैं, बिल्कुल एक तूफानी मौसम प्रणाली की तरह।

निष्कर्ष (The Bottom Line)

यह शोध पत्र दिखाता है कि भले ही V1298 Tau एक जंगली, युवा और धब्बों से भरा तारा है, लेकिन इसके धब्बों के सूक्ष्म विवरण (गहरे केंद्र और हल्के घेरे) आश्चर्यजनक रूप से हमारे अपने सूर्य के धब्बों के समान हैं। यह साबित करता है कि जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप न केवल ग्रह खोजने के लिए, बल्कि दूर स्थित तारों की सतह पर "सूक्ष्मदर्शी" (microscope) लगाने के लिए भी एक शक्तिशाली उपकरण है, जो यह प्रकट करता है कि तारों के मौसम के नियम सभी उम्र के तारों के लिए समान हो सकते हैं।

तकनीकी सारांश: KRONOS II: युवा सूर्य V1298 Tau पर सौर-समान उम्ब्रा (Umbra) और पेनम्ब्रा (Penumbra) के गुण

समस्या और प्रेरणा
युवा तारे अपने मुख्य-अनुक्रम (main-sequence) समकक्षों की तुलना में काफी अधिक चुंबकीय गतिविधि प्रदर्शित करते हैं, जो मजबूत वैश्विक चुंबकीय क्षेत्रों, बढ़ी हुई फ्लेयर दर और स्टारस्पॉट द्वारा संचालित फोटोमेट्रिक परिवर्तनशीलता के रूप में प्रकट होती है। जबकि स्टारस्पॉट क्रॉसिंग इवेंट्स (SCEs)—जहाँ एक पारगमन करता ग्रह एक स्टारस्पॉट को ढकता है—दो दशकों से देखे जा रहे हैं, स्पॉट गुणों पर पिछले प्रतिबंध प्रकाश वक्र मॉडलिंग (light curve modeling) में अनिश्चितताओं और बहु-तरंगदैर्ध्य डेटा की कमी के कारण सीमित थे। विशेष रूप से, स्टारस्पॉट की आंतरिक उप-संरचना (उम्ब्रा और पेनम्ब्रा) को केवल सूर्य और हाल ही में डॉप्लर इमेजिंग के माध्यम से EK Draconis के लिए स्थानिक रूप से हल किया गया है। अधिकांश तारों के लिए, स्पॉट्स की कुल संख्या, आकार, स्थान और तापीय विषमता (thermal contrasts) अनियंत्रित बनी हुई है। यह शोध पत्र उच्च-परिशुद्धता, बहु-तरंगदैर्ध्य पारगमन अवलोकनों का उपयोग करके एक युवा सौर एनालॉग पर स्टारस्पॉट की उप-संरचना को चरित्रित करने की चुनौती को संबोधित करता है।

कार्यप्रणाली
लेखकों ने सितंबर 2025 में दो अलग-अलग दौरों के दौरान लिए गए युवा (20-30 Myr) सौर एनालॉग V1298 Tau और इसके पारगमन करने वाले ग्रहों (b, c, और d) के JWST NIRISS/SOSS पारगमन अवलोकनों का विश्लेषण किया।

डेटा रिडक्शन: टीम ने समय-श्रृंखला स्पेक्ट्रोस्कोपी (0.8–2.8 µm) को कम करने के लिए exoTEDRF पाइपलाइन का उपयोग किया और इसे वैश्विक तारकीय विषमताओं को मॉडल करने के लिए लस कमब्र्स ऑब्जर्वेटरी (LCOGT) से प्राप्त ग्राउंड-बेस्ड मल्टी-बैंड फोटोमेट्री ( $g'$ और $r'$ ) के साथ जोड़ा।
स्पेक्ट्रल विश्लेषण: आउट-ऑफ-ट्रांजिट तारकीय स्पेक्ट्रा को 1-, 2-, और 3-घटक मॉडलों (फोटोस्फीयर, ठंडे स्पॉट्स, गर्म फकुलै) का उपयोग करके NewEra ग्रिड के साथ फिट किया गया ताकि वैश्विक कवरेज अंश और तापमान निर्धारित किया जा सके।
लाइट कर्व मॉडलिंग: ट्रांजिट लाइट कर्व्स को गाऊसी प्रोफाइल (Gaussian profiles) का उपयोग करके SCEs के लिए और fleck मॉडल का उपयोग करके मॉडल किया गया, जो स्पॉट्स को विशिष्ट त्रिज्या, स्थिति और कंट्रास्ट वाले गोलाकार क्षेत्रों के रूप में मानता है।
कंट्रास्ट स्पेक्ट्रा व्युत्पत्ति: तरंगदैर्ध्य के रूप में SCEs के आयाम को मापकर, लेखकों ने स्टारस्पॉट कंट्रास्ट स्पेक्ट्रा व्युत्पन्न किए।
तापीय मॉडलिंग: कंट्रास्ट स्पेक्ट्रा को 2-घटक (फोटोस्फीयर + एकल स्पॉट तापमान) बनाम 3-घटक (फोटोस्फीयर + उम्ब्रा + पेनम्ब्रा) मॉडलों का परीक्षण करने के लिए स्टेलर मॉडल ग्रिड के विरुद्ध फिट किया गया। 3-घटक मॉडल में फोटोस्फेरिक तापमान ( $T_{phot}$ ), उम्ब्रा तापमान ( $T_{umb}$ ), पेनम्ब्रा तापमान ( $T_{pen}$ ), और उम्ब्रा-टू-पेनम्ब्रा क्षेत्र अनुपात ( $A_u/A_p$ ) के लिए पैरामीटर शामिल थे।
वैश्विक संदर्भ: JWST से प्राप्त ढके हुए स्पॉट वितरण को fleck फ्रेमवर्क का उपयोग करके LCOGT रोटेशनल लाइट कर्व्स के साथ जोड़ा गया ताकि बिना ढके सक्रिय क्षेत्रों की उपस्थिति और वितरण का अनुमान लगाया जा सके।

मुख्य परिणाम

स्पॉट उप-संरचना समाधान: देखे गए कंट्रास्ट स्पेक्ट्रा (0.8–2.8 µm) को 2-घटक मॉडलों द्वारा पुनरुत्पादित नहीं किया जा सका। डेटा की व्याख्या करने के लिए एक विशिष्ट उम्ब्रा और पेनम्ब्रा घटकों वाले 3-घटक मॉडल (बेज फैक्टर्स > 12) को सांख्यिकीय रूप से आवश्यक पाया गया।
व्युत्पन्न तापमान: विश्लेषण से फोटोस्फेरिक तापमान $T_{phot} = 4876 \pm 20$ $T_{p h o t} = 4876 \pm 20$ K प्राप्त हुआ। स्टारस्पॉट्स को निम्नलिखित में विभाजित किया गया:
- उम्ब्रा (Umbrae): $T_{umb} = 3265–3436$ K।
- पेनम्ब्रा (Penumbrae): $T_{pen} = 4388–4659$ K।
- उम्ब्रा-टू-पेनम्ब्रा क्षेत्र अनुपात ( $A_u/A_p$ ) $\sim 28–31\%$ पाया गया।
सौर समानता: व्युत्पन्न तापमान घाटा ( $\Delta T_{umb} \approx 1457–1636$ K; $\Delta T_{pen} \approx 234–427$ K) और स्पॉट कंट्रास्ट और $A_u/A_p$ अनुपात के बीच रैखिक संबंध, आधुनिक सूर्य पर सनस्पॉट्स के अवलोकनों के अनुरूप है। यह सुझाव देता है कि युवा सौर एनालॉग्स पर स्पॉट उप-संरचनाओं को चलाने वाले भौतिक तंत्र, सूर्य पर मौजूद तंत्र के समान हैं, भले ही युवा तारों पर समग्र स्पॉट कवरेज अधिक हो।
वैश्विक स्पॉट वितरण: JWST और LCOGT डेटा को मिलाने से पता चला कि जबकि ट्रांजिट चॉर्ड्स ने कम से कम 14 अलग-अलग स्पॉट्स को पार किया, वैश्विक फोटोमेट्रिक परिवर्तनशीलता के लिए कम से कम 5 अतिरिक्त बड़े, बिना ढके सक्रिय क्षेत्रों की उपस्थिति आवश्यक थी। कुल स्पॉट कवरेज अंश का अनुमान $\sim 15–23\%$ लगाया गया, जिसमें एक महत्वपूर्ण हिस्सा बिना ढका हुआ था।
त्रिज्या विसंगतियां: लेखकों ने प्रदर्शित किया कि V1298 Tau के ग्रहों के रेडियस (त्रिज्या) में ऐतिहासिक रूप से देखी गई भिन्नताएं (TESS और K2 युगों के बीच), एक परिवर्तनशील स्टारस्पॉट कवरेज अंश द्वारा प्रेरित ट्रांजिट लाइट सोर्स प्रभाव के कारण समझाई जा सकती हैं, जो संभवतः $\sim 1.5$ -वर्षीय गतिविधि चक्र द्वारा संचालित है।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र दावा करता है कि V1298 Tau दूसरा ऐसा तारा (सूर्य के बाद) है जिसके स्पॉट उप-संरचनाओं (उम्ब्रा और पेनम्ब्रा) को चरित्रित किया गया है, और यह JWST एक्सोप्लैनेट ट्रांजिट अवलोकनों का उपयोग करके ऐसा करने वाला पहला है। लेखक जोर देते हैं कि ये परिणाम सिद्ध करते हैं कि JWST ट्रांजिट स्पेक्ट्रोस्कोपी, सूर्य के अलावा अन्य तारों पर स्टारस्पॉट उप-संरचना को हल करने के लिए एक व्यवहार्य और शक्तिशाली विधि है।

इसके अलावा, अध्ययन बताता है कि जबकि युवा तारों पर स्टारस्पॉट्स की व्यापकता (prevalence) काफी अधिक है, स्वयं स्पॉट्स के तापीय और ज्यामितीय गुण (विशेष रूप से तापमान कंट्रास्ट और उम्ब्रा तथा पेनम्ब्रा के बीच संबंध) जीवनकाल के दौरान सुसंगत रह सकते हैं। यह निष्कर्ष इंगित करता है कि चुंबकीय गतिविधि और स्पॉट निर्माण को चलाने वाले अंतर्निहित भौतिक तंत्र, सौर एनालॉग्स के लिए प्री-मेन-सीक्वेंस और मेन-सीक्वेंस चरणों के बीच मौलिक रूप से नहीं बदलते हैं। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि ये माप तारकीय मॉडलों के लिए महत्वपूर्ण अनुभवजन्य बाधाएं प्रदान करते हैं और ट्रांजिट ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रा की व्याख्या करते समय पूर्वाग्रहों से बचने के लिए स्पॉट उप-संरचना को ध्यान में रखने के महत्व को रेखांकित करते हैं।

"शैडो पपेट" (परछाईं के खेल) वाली तकनीक

"दो-रंग वाला" धब्बा (The Two-Tone Freckle)

एक "शिशु सूर्य" जो एक "पुराने सूर्य" की तरह व्यवहार करता है

वैश्विक मानचित्र (The Global Map)

निष्कर्ष (The Bottom Line)

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