वे मेगा-पृथ्वियाँ जो शायद हैं ही नहीं

ग्रह-निर्माण सिद्धांत चट्टानी दुनियाओं पर एक ऊपरी सीमा तय करता है। बढ़ता हुआ कोई कोर लगभग 10 पृथ्वी-द्रव्यमान पार करने के बाद बेक़ाबू गैस-अभिवृद्धि (runaway gas accretion) से बच नहीं सकता: वह अपने युवा तारे के चारों ओर की डिस्क से गैस खींच लेता है और गैस-समृद्ध ग्रह बन जाता है। टकरावों और क्षरण के सिमुलेशन भी यही सीमा देते हैं। असली ग्रहों के माप नंगी चट्टान से गैस में लिपटी दुनियाओं तक के बदलाव को और भी नीचे, लगभग 4 से 5 पृथ्वी-द्रव्यमान पर रखते हैं।

फिर भी हाल के वर्षों में कुछ ऐसे ग्रह सामने आए हैं जिनका घनत्व चट्टान जैसा है और द्रव्यमान दस पृथ्वियों से काफ़ी ऊपर। कुछ खगोलविद उन्हें “मेगा-पृथ्वियाँ” (Mega-Earths) कहते हैं। उन्हें समझाने के लिए अजीबोग़रीब इतिहास चाहिए होंगे: गैस-डिस्क के ग़ायब होने के बाद देर से हुए टकराव, या पूर्व विशाल ग्रहों के छिले हुए कोर।

मॉन्ट्रियल के मैकगिल विश्वविद्यालय के ट्रॉटियर स्पेस इंस्टीट्यूट की केसी ब्रिंकमैन और निकोलस कोवन ने एक सरल सवाल पूछा: क्या ये ग्रह सच में इतने भारी हैं?

तारे के डगमगाने से ग्रह को तौलना

इनमें से ज़्यादातर द्रव्यमान त्रिज्य वेग (radial velocities) से आते हैं: परिक्रमा करता ग्रह अपने तारे को आगे-पीछे खींचता है, और तारे की रोशनी के रंग में बहुत हल्का-सा बदलाव होता है। उस डगमगाहट का आकार ग्रह का द्रव्यमान बताता है।

मुश्किल यह है कि तारे शांत नहीं होते। चुंबकीय रूप से सक्रिय तारों पर काले धब्बे और चमकीले हिस्से होते हैं जो तारे के साथ घूमते हैं। वे मापों में शोर जोड़ते हैं, और नज़र में घूमकर आता कोई धब्बा किसी ग्रह के संकेत की नक़ल कर सकता है — या उसे बढ़ा सकता है।

आठ संदिग्ध, एक साझा लक्षण

दोनों ने NASA एक्सोप्लैनेट आर्काइव से शुरुआत की और चार पृथ्वी-त्रिज्याओं से छोटे ऐसे 333 ग्रह रखे जिनकी त्रिज्या भरोसेमंद थी और द्रव्यमान त्रिज्य वेग से मापा गया था। उन्होंने पाया:

• 4 ग्रह चट्टानी घनत्व और 10 पृथ्वी-द्रव्यमान से ज़्यादा वाले: WASP-84 c, TOI-1347 b, TOI-2322 c और HD 63433 b।
• 4 और जो सीमा से ऊपर हैं और जिनमें हाइड्रोजन-हीलियम का आवरण लगभग नहीं है: GJ 523 b, TOI-815 c, HD 18599 b और GJ 143 b।

हर मेज़बान तारे की सक्रियता मापने के लिए उन्होंने तारे की गर्म बाहरी परत से निकलने वाले कैल्शियम-प्रकाश पर आधारित एक सूचकांक का उपयोग किया, जो चुंबकीय तापन से चमकीला हो जाता है। −4.75 के मान से ऊपर तारा सक्रिय गिना जाता है। TESS मिशन के चमक-माप भी दिखाते हैं कि हर तारा अपने धब्बों के घूमने के साथ मद्धम और चमकीला होता रहता है।

नतीजा: आठों सक्रिय तारों की परिक्रमा करते हैं। जिन 37 तारों के लिए ग्रह-द्रव्यमान और सक्रियता-माप दोनों उपलब्ध हैं, उनमें से केवल 13 सक्रिय हैं।

संयोग की संभावना

अगर मेगा-पृथ्वियाँ समान रूप से फैली होतीं, तो चारों चट्टानी ग्रहों के सक्रिय तारों के पास पड़ने की संभावना होती:

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

लगभग 1%। बाक़ी चार को जोड़ने पर यह गिरकर 0.0003 रह जाती है।

क्या युवा, सक्रिय तारे बस मेगा-पृथ्वियाँ बनाने में बेहतर हो सकते हैं? लेखकों को इसकी कोई वजह नहीं दिखती। एक मेगा-पृथ्वी बनाने के लिए अतिरिक्त टकराव, 0.8 से 20 दिन की कक्षाओं तक भीतर की ओर प्रवास, और शायद एक मोटे वायुमंडल का छिलना चाहिए — इन सब में समय लगता है। अगर कुछ हो, तो इन दुनियाओं को पुराने तारों के पक्ष में होना चाहिए।

द्रव्यमान कहाँ ग़लत होते हैं

हर मूल माप में गॉसियन प्रक्रियाओं (Gaussian processes) का उपयोग हुआ था, एक सांख्यिकीय उपकरण जो तारे के शोर का मॉडल बनाता है ताकि ग्रह का संकेत अलग किया जा सके। लेकिन ज़रूरत से ज़्यादा लचीला मॉडल ग़लत संकेत सोख सकता है और बहुत बड़े द्रव्यमान दे सकता है। मामले नाज़ुक दिखते हैं:

• WASP-84 के आसपास तारे की थरथराहट (लगभग 13 m/s) ग्रह के संकेत से बड़ी है (7.7 m/s)।
• TOI-2322 21.28 दिनों में घूमता है; उसका ग्रह 20.23 दिनों में परिक्रमा करता है।
• 37 पृथ्वी-द्रव्यमान वाला सबसे भारी HD 63433 b एक दूसरी टीम को बिल्कुल नहीं दिखा, जिसने 21 पृथ्वी-द्रव्यमान की ऊपरी सीमा तय की।
• तीन ग्रह एक प्रकाशित संकेत-से-शोर दहलीज़ से नीचे आते हैं, जिसके नीचे ऐसे मॉडल अविश्वसनीय माने जाते हैं।

लेखक एक मिसाल याद दिलाते हैं: एक और ग्रह जिसका द्रव्यमान बाद में एक अनुपचारित आवर्ती संकेत की वजह से तीन गुना बढ़ा हुआ निकला।

कोई चट्टानी दैत्य नहीं — फ़िलहाल

उनका निष्कर्ष: दस पृथ्वी-द्रव्यमान से ऊपर के चट्टानी ग्रहों का कोई ठोस प्रमाण नहीं है। सक्रिय तारों के आसपास के ग्रहों के त्रिज्य-वेग द्रव्यमानों पर संदेह किया जाना चाहिए, “ख़ासकर तब जब ऐसे ग्रहों का अस्तित्व ग्रह-निर्माण की हमारी धारणाओं को चुनौती दे।” वे सुझाव देते हैं कि प्रेक्षणों का समय ऐसे तय किया जाए कि तारे की सक्रियता और ग्रह, दोनों का अच्छी तरह नमूना लिया जा सके।

तर्क सांख्यिकीय है और एक छोटे नमूने पर टिका है: आठ ग्रह और 37 तारे। लेखकों ने मूल द्रव्यमान-फ़िट दोबारा नहीं किए।