जिथे एक तरुण तारा आपला कार्बन जाळून टाकतो

कार्बन हा आपल्याला ज्ञात असलेल्या जीवनाचा कणा आहे: मानवी शरीराच्या शुष्क वस्तुमानाच्या अर्ध्याहून अधिक. तरीही पृथ्वीत त्याची विचित्र टंचाई आहे. आपल्या ग्रहाच्या बहुतांश खडकात, त्याच्या वस्तुमानाच्या मानाने, सूर्याच्या तुलनेत किंवा पृथ्वी ज्या आंतरतारकीय धुळीतून जन्मली तिच्या तुलनेत, सुमारे चार परिमाण-क्रमांनी (four orders of magnitude) — दहा हजार पट — कमी कार्बन आहे. अतिनील प्रकाशापासून ऑक्सिडीकरणापर्यंत अनेक स्पष्टीकरणे सुचवली गेली आहेत, पण कोणतेही स्पष्टीकरण याचा पूर्ण खुलासा करत नाही.

एक संशयित म्हणजे उष्णता. धूलिकणांमधील कार्बन अनेक रूपांत असतो — काजळीसारखा अस्फटिकी (amorphous) कार्बन, हायड्रोकार्बन, ग्रॅफाइट — आणि ही रूपे वेगवेगळ्या तापमानांना विघटित होतात. साधारण 500 केल्व्हिनपासून, म्हणजे काजळी रेषेपासून (soot line), सर्वात बाष्पशील रूपे निसटतात; सुमारे 1,200 केल्व्हिनपर्यंत अस्फटिकी कार्बनही नाहीसा होतो. पूर्वीच्या कामाने असा अंदाज मांडला होता की हे तापणे पृथ्वीच्या निर्मितीच्या पहिल्या दहा लाख वर्षांतच घडलेले असावे.

“शून्य वेळेला” पकडलेला एक तारा

HOPS-68 हा ओरायन आण्विक मेघातील (Orion molecular cloud) एक अतिशय तरुण तारा आहे, सुमारे 414 पार्सेक दूर. त्याच पथकाच्या एका सहअभ्यासाने दाखवले की त्याच्या अंतर्गत चकतीचा मध्यभाग 1,400 केल्व्हिनपर्यंत पोहोचतो — सर्व धूळ बाष्पीभूत होण्याइतका तप्त. आपली सूर्यमालाही अशा टप्प्यातून गेली: तीच उल्कापाषाणांच्या नोंदीतील “शून्य वेळ” आहे, जेव्हा कॅल्शियम आणि ॲल्युमिनियमने समृद्ध कण तरुण सूर्याजवळच्या तप्त वायूतून संघनित झाले. त्या क्षणासाठी फक्त दोन तरुण, कमी वस्तुमानाचे तारे ज्ञात उमेदवार आहेत, दोन्ही ओरायनमधील.

लायडन विद्यापीठातील F. J. Ballieux, M. K. McClure आणि सहकाऱ्यांनी, अमेरिका आणि जर्मनीतील भागीदारांसह, आता JWST च्या मिड-इन्फ्रारेड उपकरणाने (Mid-Infrared Instrument) घेतलेल्या त्याच्या वर्णपटातील कार्बनचे परीक्षण केले आहे, ALMA या (उप)मिलिमीटर ॲरेच्या अभिलेखागारातील माहितीसोबत.

हायड्रोकार्बनांनी भरलेला वर्णपट

HOPS-68 च्या प्रकाशावर अनेक कार्बन रेणूंचे ठसे उमटलेले आहेत:

• उबदार हायड्रोजन सायनाइड आणि ॲसिटिलीन, सुमारे 320 आणि 430 केल्व्हिनवर, मोठ्या प्रमाणात — दुसऱ्या “शून्य वेळ” ताऱ्याभोवतीच्या तुलनेत सुमारे 20 पट अधिक. ते ताऱ्याच्या सापेक्ष 39 ते 53 किलोमीटर प्रति सेकंद वेगाने आपल्या दिशेने सरकतात, अगदी चकतीवरून वाहणाऱ्या वाऱ्याचा माग दाखवणाऱ्या ऑक्सिजनयुक्त वायूसारखे;
• अधिक थंड रेणू, सुमारे 40 ते 55 केल्व्हिनवर, ज्यांत डायॲसिटिलीन (C₄H₂), मिथाइल मूलक (methyl radical) आणि कार्बन मोनोसल्फाइड आहेत, बहुधा बाह्य चकतीत किंवा ताऱ्याच्या बहिर्प्रवाहाने (outflow) कोरलेल्या पोकळीच्या भिंतींलगत;
• ट्रायॲसिटिलीन (C₆H₂), सहा कार्बन अणूंची एक साखळी, जी तरुण ताऱ्याभोवती प्रथमच आढळली.

ALMA आणखी एक धागा जोडते: C₂H मूलक बहिर्प्रवाहाच्या पोकळीच्या भिंतींवर पसरलेला आहे, आणि तो आत पडण्याऐवजी झोतासोबत (jet) बाहेरच्या दिशेने सरकतो.

कार्बन विनाश क्षेत्र

लेखक एक परिदृश्य मांडतात. काजळी रेषा आणि अस्फटिकी कार्बनही बाष्पीभूत होतो तो बिंदू यांच्या दरम्यान — साधारण 500 ते 1,200 केल्व्हिन — असे एक क्षेत्र आहे, ज्याला लेखक “दुर्गलनीय कार्बन विनाश क्षेत्र” (refractory carbon destruction zone) म्हणतात: तिथे सर्व घन कार्बन कणांमधून बाहेर पडून वायू बनतो. HOPS-68 मध्ये, अतितप्त अंतर्गत प्रदेश हे क्षेत्र बाहेरच्या दिशेने ढकलतो आणि ते विस्तारतो. मुक्त झालेला कार्बन मग एकतर तारा गिळंकृत करतो, किंवा चकतीचा वारा तो वाहून नेतो.

कोणत्याही प्रकारे, खडकाळ ग्रह जिथे तयार होतात त्या प्रदेशातील धूळ आपला कार्बन गमावते. हीच प्रक्रिया पृथ्वीच्या कार्बन-तुटीला कारणीभूत ठरली असावी, असे पथक सुचवते. वारा प्रत्यक्षात किती कार्बन काढून नेतो, हे अजून मोजायचे आहे.

अधिक दूर, अतिनील प्रकाश ॲसिटिलीनचे C₂H मध्ये विघटन करतो, आणि हा C₂H आणखी ॲसिटिलीनशी अभिक्रिया करून C₄H₂ आणि C₆H₂ सारख्या लांब साखळ्या घडवतो. 900 ते 1,100 केल्व्हिनदरम्यान, विनाश क्षेत्र एखाद्या ज्वालेप्रमाणे बहुचक्रीय सुगंधी हायड्रोकार्बनही (polycyclic aromatic hydrocarbons) घडवू शकेल — याची अजून पुष्टी व्हायची आहे.

आदिताऱ्यापासून लघुग्रहांपर्यंत

या अभ्यासाचे दोन व्यापक परिणाम आहेत. पहिला, इतर तरुण ताऱ्यांभोवती दिसलेल्या कार्बन साखळ्यांचे श्रेय सहसा आजूबाजूच्या आवरणातून (envelope) आत पडणाऱ्या वायूला दिले जाते; HOPS-68 मध्ये त्या स्पष्टपणे बाहेर वाहतात, यावरून असे सूचित होते की हे रसायनशास्त्र उलट बहिर्प्रवाहांचा माग दाखवत असावे.

दुसरा, र्युगु आणि बेन्नू या लघुग्रहांवरून परत आणलेल्या नमुन्यांत साखळीसारखे (“ॲलिफॅटिक”, aliphatic) सेंद्रिय पदार्थ मुबलक आहेत. HOPS-68 च्या लांब साखळ्या वाऱ्याच्या बाहेर तयार होत असल्याने, त्या उडवून नेल्या जात नाहीत; नंतर त्या बाह्य चकतीवर परत पडू शकतात. अशा साखळ्या लघुग्रह आणि उल्कापाषाणांतील सेंद्रिय पदार्थांत भर घालत असाव्यात, असे लेखक सुचवतात. तसे असेल, तर HOPS-68 एकाच तरुण प्रणालीत दोन्ही गोष्टी दाखवेल: त्या उल्कापाषाणांतील कणांची निर्मिती, आणि ते कण ज्या कार्बन-समृद्ध पदार्थात रुतलेले असतात तो पदार्थ — ग्रहमालेतील पहिल्या लहान खगोलीय पिंडांच्या निर्मितीसाठीची एक रोझेटा शिळा (Rosetta stone).