A Chemical Inventory of the Disk around the Class 0 Protostar L1527 IRS with ALMA
सभी सार्वजनिक रूप से उपलब्ध ALMA डेटा का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन क्लास 0 प्रोटोस्टार L1527 IRS का एक विस्तृत रासायनिक इन्वेंट्री प्रस्तुत करता है, जिसमें 28 आणविक प्रजातियों की पहली पहचान की रिपोर्ट की गई है और एनवेलप (envelope) में कार्बन-समृद्ध रसायन विज्ञान से डिस्क (disk) में ऑक्सीजन-समृद्ध रसायन विज्ञान में संक्रमण का खुलासा किया गया है।
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कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक विशाल, ब्रह्मांडीय निर्माण स्थल (construction site) है। पृथ्वी जैसे ग्रहों के अस्तित्व में आने से बहुत पहले, "आणविक बादलों" (molecular clouds) नामक नर्सरी होती हैं, जहाँ गैस और धूल एक अराजक, घूमते हुए तूफान की तरह आपस में टकराती हैं। इन तूफानों के भीतर, गुरुत्वाकर्षण एक ब्रह्मांडीय चुंबक की तरह कार्य करता है, जो एक नए तारे को जन्म देने के लिए सब कुछ एक केंद्रीय बिंदु की ओर खींचता है। लेकिन क्योंकि बादल घूम रहा है, यह केवल एक एकल गोले में सिमट नहीं सकता; इसके बजाय, यह "डिस्क" (disk) नामक एक विशाल, घूमते हुए पिज्जा डो (pizza dough) के आकार में चपटा हो जाता है। यह डिस्क भविष्य के ग्रहों की नर्सरी है।
लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि ये नवजात तारे और उनकी डिस्क केवल गैस और धूल के साधारण गोले थे। लेकिन अब हम जानते हैं कि वे वास्तव में रासायनिक कारखाने हैं, जो हजारों अलग-अलग प्रकार के अणुओं को तैयार कर रहे हैं। इन अणुओं को ब्रह्मांड के "लेगो ब्रिक्स" (LEGO bricks) के रूप में सोचें। कुछ सरल होते हैं, जैसे एकल ईंटें (हाइड्रोजन), जबकि अन्य जटिल संरचनाएं (कार्बनिक अणु) होते हैं जो अंततः जीवन के निर्माण खंड बन सकते हैं। सबसे बड़ा सवाल यह है कि एक तारे के जीवन के शुरुआती क्षणों में किस तरह के लेगो ब्रिक्स उपलब्ध होते हैं? क्या डिस्क परिपक्व होने के साथ रसायन विज्ञान बदल जाता है? इसका उत्तर देने के लिए, हमें सबसे युवा, सबसे छिपे हुए नवजात तारों को देखना होगा, जो अभी भी गैस और धूल की मोटी चादरों में लिपटे हुए हैं, जिससे उन्हें देखना कठिन हो जाता है।
यह शोध पत्र L1527 IRS नामक एक विशिष्ट नवजात तारा प्रणाली का एक विशाल "रासायनिक इन्वेंट्री" (chemical inventory) है। टॉरस (Taurus) तारा-निर्माण क्षेत्र में लगभग 140 प्रकाश वर्ष दूर स्थित, L1527 एक "क्लास 0" (Class 0) प्रोटोस्टार है, जिसका अर्थ है कि यह निर्माण के सबसे प्रारंभिक, सबसे ऊर्जावान चरण में है। यह अभी भी अपने जन्म के बादल में गहराई से समाया हुआ है, जो एक घूमती हुई डिस्क और गैस के एक विशाल, गिरते हुए आवरण (envelope) से घिरा हुआ है। शोधकर्ताओं ने, शक्तिशाली अटाकामा लार्ज मिलीमीटर/सबमिलीमीटर एरे (ALMA) का उपयोग करके—जो एक अत्यंत संवेदनशील रेडियो टेलीस्कोप की तरह कार्य करता है जो धूल के पार "देख" सकता है—इस प्रणाली में मिलने वाले प्रत्येक अणु का जनगणना (census) करने का निर्णय लिया।
उन्होंने केवल कुछ सामान्य रसायनों की तलाश नहीं की; उन्होंने अधिक से अधिक विभिन्न प्रजातियों को खोजने के लिए आवृत्तियों (frequencies) की एक विस्तृत श्रृंखला को स्कैन किया। परिणाम के रूप में, 39 विभिन्न अणुओं की एक सूची प्राप्त हुई (जिसमें एक ही अणु के विभिन्न संस्करण भी शामिल हैं जिनमें थोड़े भारी परमाणु होते हैं, जिन्हें आइसोटोपोलॉग्स कहा जाता है)। यह एक ही डिब्बे में 3s9 अलग-अलग प्रकार के लेगो ब्रिक्स खोजने जैसा है। इनमें से, 28 को ALMA के अवलोकनों में पहली बार L1527 के आसपास देखा गया था। उनके द्वारा पाया गया सबसे बड़ा अणु CH3CCH (मिथाइलएसीटलीन) था, जिसमें सात परमाणु हैं, और एकमात्र जटिल कार्बनिक अणु जो उन्होंने पाया वह मेथनॉल (CH3OH) था।
अध्ययन से पता चलता है कि इस प्रणाली का रसायन विज्ञान एकसमान नहीं है; यह इस पर निर्भर करता है कि आप कहाँ देख रहे हैं। बाहरी, ठंडा "एनवेलप" (तारे पर गिरती गैस की मोटी चादर) कार्बन-समृद्ध रसायन विज्ञान से प्रधान प्रतीत होता है, जिसका अर्थ है कि यह हाइड्रोकार्बन और कार्बन श्रृंखलाओं से भरा है। हालाँकि, जैसे-जैसे आप केंद्र के करीब, गर्म डिस्क की ओर बढ़ते हैं जहाँ भविष्य में ग्रह बनेंगे, रसायन विज्ञान बदल जाता है। डिस्क अधिक ऑक्सीजन-समृद्ध दिखाई देती है, जहाँ सल्फर मोनोऑक्साइड (SO) और फॉर्मल्डिहाइड (H2CO) जैसे अणु अधिक प्रमुख हो जाते हैं। यह ऐसा है जैसे प्रणाली की बाहरी परतें एक कार्बन-भारी कारखाना हैं, जबकि आंतरिक डिस्क एक ऑक्सीजन-समृद्ध कार्यशाला है।
शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि यह प्रणाली पूरी तरह से सममित (symmetrical) नहीं है। इसमें हाइड्रोकार्बन अणुओं की एक "पूंछ" (tail) दक्षिण-पूर्व की ओर फैली हुई है, जो संभवतः तारे से निकलने वाली तीव्र पराबैंगनी (ultraviolet) रोशनी के कारण है जो उस विशिष्ट दिशा में गैस से टकरा रही है। इस बीच, नाइट्रोजन-युक्त अणु मुख्य रूप से विस्तृत एनवेलप में पाए जाते हैं, जबकि सल्फर के अणु तारे से दूर निकलने वाली आउटफ्लो जेट्स (outflow jets) में केंद्रित होते हैं।
सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्षों में से एक कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) की प्रचुरता के बारे में है। पुराने, परिपक्व डिस्क में, CO अक्सर गायब या "कम" (depleted) पाया जाता है, जैसे कि इसे कहीं छिपा दिया गया हो। लेकिन इस युवा प्रणाली में, लेखकों ने ऐसे किसी भी तीव्र क्षरण (depletion) का कोई प्रमाण नहीं पाया; CO की प्रचुरता वैसी ही दिखती है जैसी हम ब्रह्मांड की कच्ची सामग्री में उम्मीद करते हैं। यह सुझाव देता है कि पुराने डिस्क में दिखने वाले रासायनिक परिवर्तन प्रक्रिया के बाद के चरणों में होते हैं, जैसे-जैसे प्रणाली विकसित होती है।
संक्षेप में, यह शोध पत्र ग्रह निर्माण की शुरुआत में उपलब्ध रासायनिक सामग्रियों का एक विस्तृत विवरण प्रदान करता है। यह बताता है कि वातावरण समृद्ध और विविध है, लेकिन विशिष्ट रसायनों का मिश्रण ठंडे बाहरी किनारों से गर्म आंतरिक डिस्क की ओर बढ़ने पर बदल जाता है। हालाँकि लेखक नोट करते हैं कि कई अवलोकन अभी भी हर विवरण को स्पष्ट रूप से देखने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं हैं, यह इन्वेंट्री हमें यह समझने के लिए एक महत्वपूर्ण शुरुआती बिंदु प्रदान करती है कि युवा डिस्क की रासायनिक विविधता आज के दृश्यमान ग्रहीय प्रणालियों में कैसे विकसित होती है। उन्होंने अभी तक पूरा पहेली हल नहीं किया है, लेकिन उन्होंने हमें पहले कुछ टुकड़ों की एक बहुत ही स्पष्ट तस्वीर थमा दी है।
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