যেখানে এক তরুণ নক্ষত্র তার কার্বন পুড়িয়ে ফেলে

আমরা যে জীবনকে চিনি, কার্বন তার মেরুদণ্ড: মানবদেহের শুষ্ক ভরের অর্ধেকেরও বেশি। অথচ পৃথিবীতে এর অদ্ভুত ঘাটতি। আমাদের গ্রহের পাথরের মূল অংশে ভরের অনুপাতে প্রায় চার মাত্রাক্রম (orders of magnitude) — দশ হাজার গুণ — কম কার্বন আছে সূর্যের তুলনায়, কিংবা যে আন্তঃনাক্ষত্রিক ধূলি থেকে পৃথিবীর জন্ম, তার তুলনায়। অতিবেগুনি আলো থেকে জারণ পর্যন্ত নানা ব্যাখ্যা প্রস্তাব করা হয়েছে, কিন্তু কোনোটিই পুরোপুরি এর হিসাব মেলাতে পারে না।

একজন সন্দেহভাজন হলো তাপ। ধূলিকণার কার্বন কয়েকটি রূপে থাকে — ঝুলের মতো নিরাকার কার্বন (amorphous carbon), হাইড্রোকার্বন, গ্রাফাইট — যেগুলো ভিন্ন ভিন্ন তাপমাত্রায় ভেঙে যায়। মোটামুটি 500 কেলভিন থেকে — এটিই ঝুল-রেখা (soot line) — সবচেয়ে উদ্বায়ী রূপগুলো বেরিয়ে যায়; প্রায় 1,200 কেলভিনে পৌঁছাতে পৌঁছাতে নিরাকার কার্বনও উধাও। আগের কাজে অনুমান করা হয়েছিল যে এই উত্তাপ নিশ্চয়ই ঘটেছিল পৃথিবী গঠনের প্রথম এক মিলিয়ন বছরের মধ্যে।

“শূন্য সময়ে” ধরা পড়া এক নক্ষত্র

HOPS-68 ওরায়ন আণবিক মেঘের (Orion molecular cloud) একটি অতি তরুণ নক্ষত্র, প্রায় 414 পারসেক দূরে। একই দলের একটি সহযোগী গবেষণা দেখিয়েছে যে এর ভেতরের চাকতির মাঝামাঝি অংশ পৌঁছায় 1,400 কেলভিনে — সব ধূলি বাষ্প হয়ে যাওয়ার মতো যথেষ্ট গরম। আমাদের সৌরজগৎও এমন একটি পর্যায় পেরিয়ে এসেছে: এটিই উল্কাপিণ্ডের রেকর্ডের “শূন্য সময়” (time zero), যে মুহূর্তে উল্কাপিণ্ডের ইতিহাসের ঘড়ি চলতে শুরু করে, যখন তরুণ সূর্যের কাছে গরম গ্যাস থেকে ক্যালসিয়াম ও অ্যালুমিনিয়াম-সমৃদ্ধ কণা ঘনীভূত হয়েছিল। ওই মুহূর্তের প্রার্থী হিসেবে জানা আছে কেবল দুটি তরুণ, কম ভরের নক্ষত্র, দুটোই ওরায়নে।

লাইডেন বিশ্ববিদ্যালয়ের (Leiden University) এফ. জে. বালিয়ো (F. J. Ballieux), এম. কে. ম্যাকক্লুর (M. K. McClure) ও সহকর্মীরা, যুক্তরাষ্ট্র ও জার্মানির সহযোগীদের সঙ্গে মিলে, এখন এর বর্ণালির কার্বন পরীক্ষা করেছেন, যা নেওয়া হয়েছে JWST-র মিড-ইনফ্রারেড ইনস্ট্রুমেন্ট (Mid-Infrared Instrument) দিয়ে, সঙ্গে ALMA (সাব)মিলিমিটার অ্যারের আর্কাইভ তথ্য।

হাইড্রোকার্বনে ভরা একটি বর্ণালি

HOPS-68-এর আলো জুড়ে ছড়িয়ে আছে বহু কার্বন অণুর আঙুলের ছাপ:

• উষ্ণ হাইড্রোজেন সায়ানাইড ও অ্যাসিটিলিন, প্রায় 320 ও 430 কেলভিনে, বিপুল পরিমাণে — অন্য “শূন্য সময়ের” নক্ষত্রটির চারপাশের চেয়ে প্রায় 20 গুণ বেশি। বর্ণালিতে এদের রেখার সরণ দেখায় যে এরা নক্ষত্রের সাপেক্ষে সেকেন্ডে 39 থেকে 53 কিলোমিটার বেগে আমাদের দিকে আসছে, ঠিক সেই অক্সিজেন-ধারী গ্যাসের মতো, যা চাকতি থেকে বয়ে যাওয়া একটি বায়ুপ্রবাহের (wind) চিহ্ন বহন করে;
• শীতলতর অণু, প্রায় 40 থেকে 55 কেলভিনে, যার মধ্যে আছে ডাইঅ্যাসিটিলিন (C₄H₂), মিথাইল র‍্যাডিকাল (CH₃, একটি মুক্ত বন্ধনযুক্ত আণবিক খণ্ড, অত্যন্ত সক্রিয়) আর কার্বন মনোসালফাইড, সম্ভবত বাইরের চাকতিতে কিংবা নক্ষত্রের বহিঃপ্রবাহ (outflow) — তরুণ নক্ষত্রটি যে গ্যাস বাইরে ছুড়ে দেয় — দিয়ে খোদাই করা গহ্বরের দেয়াল বরাবর;
• ট্রাইঅ্যাসিটিলিন (C₆H₂), ছয়টি কার্বন পরমাণুর একটি শৃঙ্খল, কোনো তরুণ নক্ষত্রের চারপাশে প্রথমবারের মতো শনাক্ত।

ALMA আরেকটি সূত্র যোগ করে: C₂H র‍্যাডিকাল বহিঃপ্রবাহ-গহ্বরের দেয়াল জুড়ে আছে, ভেতরে পড়ার বদলে জেটের সঙ্গে বাইরের দিকে সরে যাচ্ছে।

একটি কার্বন ধ্বংস অঞ্চল

লেখকেরা একটি পরিস্থিতি প্রস্তাব করেছেন। ঝুল-রেখা আর যে বিন্দুতে নিরাকার কার্বনও বাষ্প হয়ে যায়, তার মাঝখানে — মোটামুটি 500 থেকে 1,200 কেলভিন — রয়েছে এমন একটি অঞ্চল, যাকে তাঁরা বলেন “দুর্গলনীয় কার্বন ধ্বংস অঞ্চল” (refractory carbon destruction zone): সেখানে সমস্ত কঠিন কার্বন কণা ছেড়ে গ্যাসে পরিণত হয়। HOPS-68-এ অতি গরম ভেতরের অঞ্চল এই অঞ্চলটিকে বাইরের দিকে ঠেলে দেয় এবং বড় করে তোলে। মুক্ত হওয়া কার্বনকে তারপর হয় নক্ষত্র গিলে ফেলে, নয়তো চাকতির বায়ুপ্রবাহ বয়ে নিয়ে যায়।

যেভাবেই হোক, যে অঞ্চলে পাথুরে গ্রহ তৈরি হয়, সেখানকার ধূলি তার কার্বন হারায়। দলটির মতে, একই প্রক্রিয়া হয়তো পৃথিবীর কার্বন-ঘাটতিতে ভূমিকা রেখেছে। বায়ুপ্রবাহ আসলে কতটা কার্বন সরিয়ে নেয়, তা এখনো মাপা বাকি।

আরও দূরে, অতিবেগুনি আলো অ্যাসিটিলিনকে ভেঙে C₂H বানায়, যা আরও অ্যাসিটিলিনের সঙ্গে বিক্রিয়া করে C₄H₂ ও C₆H₂-এর মতো লম্বা শৃঙ্খল গড়ে তোলে। 900 থেকে 1,100 কেলভিনের মধ্যে ধ্বংস অঞ্চলটি এমনকি পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনও (polycyclic aromatic hydrocarbons) গড়ে তুলতে পারে — একসঙ্গে জোড়া লাগা কার্বন-পরমাণুর বলয় দিয়ে তৈরি চ্যাপ্টা অণু — যেমনটা ঘটে শিখায়; এটি এখনো নিশ্চিত হওয়া বাকি।

প্রাক্‌নক্ষত্র থেকে গ্রহাণু

গবেষণাটির দুটি বৃহত্তর তাৎপর্য আছে। প্রথমত, অন্য তরুণ নক্ষত্রের চারপাশে দেখা কার্বন-শৃঙ্খলকে সাধারণত চারপাশের আবরণ (envelope) থেকে ভেতরে পড়া গ্যাসের ফল বলে ধরা হয়েছে; HOPS-68-এ সেগুলো স্পষ্টতই বাইরের দিকে প্রবাহিত হয়, যা ইঙ্গিত দেয় যে এই রসায়ন হয়তো বরং বহিঃপ্রবাহেরই চিহ্ন বহন করে।

দ্বিতীয়ত, রিউগু (Ryugu) ও বেনু (Bennu) গ্রহাণু থেকে ফিরিয়ে আনা নমুনায় প্রচুর শৃঙ্খলাকার (“অ্যালিফ্যাটিক”, aliphatic) জৈব পদার্থ আছে। যেহেতু HOPS-68-এর লম্বা শৃঙ্খলগুলো বায়ুপ্রবাহের বাইরে তৈরি হয়, সেগুলো উড়ে যায় না; পরে সেগুলো বাইরের চাকতিতে ফিরে পড়তে পারে। লেখকদের মতে এমন শৃঙ্খল হয়তো গ্রহাণু ও উল্কাপিণ্ডের জৈব পদার্থে অবদান রাখে। তা-ই যদি হয়, তবে HOPS-68 একটিমাত্র তরুণ ব্যবস্থায় দুটোই দেখাবে — সেই উল্কাপিণ্ড-কণাগুলোর গঠন এবং যে কার্বন-সমৃদ্ধ পদার্থে সেগুলো গেঁথে থাকে — যা একটি গ্রহব্যবস্থার প্রথম ক্ষুদ্র বস্তুগুলোর গঠন বোঝার জন্য এক রোসেটা পাথর।