যে মেগা-পৃথিবীগুলো সম্ভবত আসলে নেই

গ্রহ-গঠন তত্ত্ব পাথুরে জগতের ওপর একটি ঊর্ধ্বসীমা বেঁধে দেয়। বাড়তে থাকা কোনো কেন্দ্রভাগ প্রায় ১০ পৃথিবী-ভর পেরিয়ে গেলে আর অনিয়ন্ত্রিত গ্যাস-সঞ্চয় (runaway gas accretion) এড়াতে পারে না: সে তার তরুণ নক্ষত্রকে ঘিরে থাকা চাকতি থেকে গ্যাস টেনে নেয় এবং গ্যাস-সমৃদ্ধ গ্রহে পরিণত হয়। সংঘর্ষ ও ক্ষয়ের সিমুলেশনও একই সীমা দেয়। বাস্তব গ্রহের পরিমাপ নগ্ন পাথর থেকে গ্যাসে মোড়া জগতে উত্তরণের বিন্দুটিকে আরও নিচে রাখে, প্রায় ৪ থেকে ৫ পৃথিবী-ভরে।

তবু সাম্প্রতিক বছরগুলোতে পাথরের মতো ঘনত্ব আর দশ পৃথিবীর অনেক বেশি ভরের কয়েকটি গ্রহ দেখা দিয়েছে। কিছু জ্যোতির্বিদ এদের বলেন “মেগা-পৃথিবী” (Mega-Earths)। এদের ব্যাখ্যা করতে লাগবে অদ্ভুত ইতিহাস: গ্যাস-চাকতি মিলিয়ে যাওয়ার পরে দেরিতে ঘটা সংঘর্ষ, কিংবা প্রাক্তন দানব-গ্রহের খোসা-ছাড়ানো কেন্দ্রভাগ।

মন্ট্রিয়লের ম্যাকগিল বিশ্ববিদ্যালয়ের ট্রটিয়ের স্পেস ইনস্টিটিউটের কেসি ব্রিংকম্যান ও নিকোলাস কোয়ান একটি সহজতর প্রশ্ন তুলেছেন: এই গ্রহগুলো কি সত্যিই এত ভারী?

নক্ষত্রের দোলা দিয়ে গ্রহের ওজন মাপা

এই ভরগুলোর বেশিরভাগ আসে অরীয় বেগ (radial velocity) থেকে: কক্ষপথে ঘোরার সময় গ্রহটি তার নক্ষত্রকে সামনে-পেছনে টানে, আর নক্ষত্রের আলোর রঙে খুব সামান্য সরণ ঘটে। সেই দোলার মাত্রা থেকে গ্রহের ভর মেলে।

সমস্যা হলো, নক্ষত্রেরা শান্ত নয়। চৌম্বকীয়ভাবে সক্রিয় নক্ষত্রে থাকে কালো দাগ আর উজ্জ্বল অংশ, যারা নক্ষত্রের সঙ্গে ঘোরে। তারা পরিমাপে কোলাহল (noise) যোগ করে, আর ঘুরে দৃষ্টিপথে আসা একটি দাগ গ্রহের সংকেতকে নকল করতে — বা ফুলিয়ে দিতে — পারে।

আটজন সন্দেহভাজন, একটি সাধারণ বৈশিষ্ট্য

দুজনে শুরু করেছেন NASA এক্সোপ্ল্যানেট আর্কাইভ থেকে, আর চার পৃথিবী-ব্যাসার্ধের চেয়ে ছোট এমন ৩৩৩টি গ্রহ রেখেছেন যাদের ব্যাসার্ধ নির্ভরযোগ্য আর ভর অরীয় বেগে মাপা। তাঁরা পেয়েছেন:

৪টি গ্রহ, পাথুরে ঘনত্ব আর ১০ পৃথিবী-ভরের বেশি: WASP-84 c, TOI-1347 b, TOI-2322 c ও HD 63433 b।
আরও ৪টি, সীমার ওপরে আর প্রায় হাইড্রোজেন-হিলিয়াম আবরণহীন: GJ 523 b, TOI-815 c, HD 18599 b ও GJ 143 b।

প্রতিটি আশ্রয়দাতা নক্ষত্রের সক্রিয়তা মাপতে তাঁরা নক্ষত্রের উত্তপ্ত বাইরের স্তর থেকে নির্গত ক্যালসিয়াম-আলোর ওপর ভিত্তি করা একটি সূচক ব্যবহার করেছেন, যা চৌম্বক উত্তাপে উজ্জ্বল হয়। −4.75 মানের ওপরে কোনো নক্ষত্রকে সক্রিয় ধরা হয়। TESS অভিযানের উজ্জ্বলতা-পরিমাপও দেখায়, দাগগুলো ঘোরার সঙ্গে সঙ্গে প্রতিটি নক্ষত্র ম্লান ও উজ্জ্বল হয়।

ফল: আটটিই সক্রিয় নক্ষত্রকে ঘিরে ঘোরে। গ্রহের ভর আর সক্রিয়তা-পরিমাপ দুটোই আছে এমন ৩৭টি নক্ষত্রের মধ্যে কেবল ১৩টি সক্রিয়।

কাকতালীয় হওয়ার সম্ভাবনা

মেগা-পৃথিবীগুলো সমানভাবে ছড়ানো থাকলে, চারটি পাথুরে গ্রহেরই সক্রিয় নক্ষত্রের চারপাশে পড়ার সম্ভাবনা হতো:

p = 13/37 × 12/36 × 11/35 × 10/34 = 0.01

মোটামুটি ১%। বাকি চারটি যোগ করলে তা নেমে আসে ০.০০০৩-এ।

তরুণ, সক্রিয় নক্ষত্রেরা কি স্রেফ মেগা-পৃথিবী বানাতে বেশি দক্ষ হতে পারে? লেখকেরা এর কোনো কারণ দেখেন না। একটি বানাতে লাগবে বাড়তি সংঘর্ষ, ০.৮ থেকে ২০ দিনের কক্ষপথে ভেতরের দিকে অভিপ্রয়াণ, আর হয়তো একটি পুরু বায়ুমণ্ডলের খসে পড়া — এসবে সময় লাগে। বরং এই জগৎগুলোর তো প্রবীণ নক্ষত্রের দিকেই ঝোঁকার কথা।

ভর কোথায় ভুল হয়

প্রতিটি মূল পরিমাপে গাউসীয় প্রক্রিয়া (Gaussian processes) ব্যবহার করা হয়েছিল — একটি পরিসংখ্যানগত হাতিয়ার, যা নক্ষত্রের কোলাহলের মডেল বানায় যাতে গ্রহের সংকেত আলাদা করা যায়। কিন্তু অতিরিক্ত নমনীয় মডেল ভুল সংকেত শুষে নিয়ে অতিরিক্ত বড় ভর দিতে পারে। ঘটনাগুলো ভঙ্গুর দেখায়:

WASP-84-এর চারপাশে নক্ষত্রের কাঁপুনি (প্রায় ১৩ m/s) গ্রহের সংকেতের চেয়ে বড় (৭.৭ m/s)।
TOI-2322 নিজ অক্ষে ঘোরে ২১.২৮ দিনে; তার গ্রহ কক্ষপথে ঘোরে ২০.২৩ দিনে।
৩৭ পৃথিবী-ভরের সবচেয়ে ভারী HD 63433 b দ্বিতীয় একটি দলের পর্যবেক্ষণে একেবারেই ধরা পড়েনি, যারা ২১ পৃথিবী-ভরের একটি ঊর্ধ্বসীমা দিয়েছে।
তিনটি গ্রহ একটি প্রকাশিত সংকেত-কোলাহল অনুপাতের সীমার নিচে পড়ে, যার নিচে এমন মডেল অনির্ভরযোগ্য বলে জানা।

লেখকেরা একটি পূর্বদৃষ্টান্তের কথা মনে করিয়ে দেন: আরেকটি গ্রহ, যার ভর পরে একটি অপরিশোধিত পর্যাবৃত্ত সংকেতের কারণে তিন গুণ ফোলানো বলে প্রমাণিত হয়েছিল।

কোনো পাথুরে দানব নেই — আপাতত

তাঁদের উপসংহার: দশ পৃথিবী-ভরের বেশি পাথুরে গ্রহের কোনো জোরালো প্রমাণ নেই। সক্রিয় নক্ষত্রের চারপাশের গ্রহের অরীয়-বেগ ভর সন্দেহের দাবি রাখে, “বিশেষ করে যখন এমন গ্রহের অস্তিত্ব গ্রহ গঠন নিয়ে আমাদের ধারণাকে চ্যালেঞ্জ করবে।” তাঁরা পর্যবেক্ষণের সময় এমনভাবে ঠিক করার পরামর্শ দেন, যাতে নক্ষত্রের সক্রিয়তা আর গ্রহ দুটোরই ভালো নমুনা মেলে।

যুক্তিটি পরিসংখ্যানগত এবং একটি ছোট নমুনার ওপর দাঁড়িয়ে: আটটি গ্রহ আর ৩৭টি নক্ষত্র। লেখকেরা মূল ভর-ফিটগুলো নতুন করে করেননি।