பெரும்பாலும் இல்லாத மெகா-பூமிகள்

கோள் உருவாக்கக் கோட்பாடு பாறை உலகங்களுக்கு ஓர் உச்சவரம்பை விதிக்கிறது. வளரும் ஓர் உள்ளகம் தோராயமாக 10 பூமி நிறைகளைத் தாண்டினால், அது கட்டுக்கடங்காத வாயுத் திரட்சியைத் (runaway gas accretion) தவிர்க்க முடியாது: தன் இளம் விண்மீனைச் சுற்றியுள்ள வட்டிலிருந்து வாயுவை இழுத்து, வாயு நிறைந்த கோளாக மாறுகிறது. மோதல், அரிப்பு உருவகப்படுத்துதல்களும் அதே வரம்பைத் தருகின்றன. உண்மையான கோள்களின் அளவீடுகள், வெறும் பாறையிலிருந்து வாயு போர்த்திய உலகங்களுக்கான மாற்றத்தை இன்னும் கீழே, சுமார் 4 முதல் 5 பூமி நிறைகளில் வைக்கின்றன.

இருப்பினும், சமீப ஆண்டுகளில், பாறையின் அடர்த்தியும் பத்து பூமிகளுக்கு வெகு மேலான நிறையும் கொண்ட சில கோள்கள் தென்பட்டுள்ளன. சில வானியலாளர்கள் அவற்றை ‘மெகா-பூமிகள்’ என்று அழைக்கின்றனர். அவற்றை விளக்க அசாதாரண வரலாறுகள் தேவைப்படும்: வாயு வட்டு மறைந்த பின்னான தாமதமான மோதல்கள், அல்லது முன்னாள் பெருங்கோள்களின் உரிக்கப்பட்ட உள்ளகங்கள்.

மான்ட்ரியாலில் உள்ள மெக்கில் பல்கலைக்கழகத்தின் ட்ரோட்டியர் விண்வெளி நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த கேசி பிரிங்க்மன், நிக்கோலஸ் கோவன் ஆகியோர் ஓர் எளிய கேள்வியைக் கேட்டனர்: இந்தக் கோள்கள் உண்மையிலேயே அவ்வளவு கனமானவையா?

விண்மீனின் தள்ளாட்டத்தால் ஒரு கோளை எடைபோடுதல்

இந்த நிறைகளில் பெரும்பாலானவை ஆர திசைவேகங்களிலிருந்து (radial velocities) வருகின்றன: ஒரு கோள் சுற்றும்போது, அது தன் விண்மீனை முன்னும் பின்னும் இழுக்கிறது; விண்மீனின் ஒளி நிறம் மிகச் சிறிதளவு நகர்கிறது. அந்தத் தள்ளாட்டத்தின் அளவு கோளின் நிறையைத் தருகிறது.

சிக்கல் என்னவென்றால், விண்மீன்கள் அமைதியானவை அல்ல. காந்தச் செயல்மிகு விண்மீன்கள் விண்மீனுடன் சுழலும் இருண்ட புள்ளிகளையும் ஒளிரும் திட்டுகளையும் கொண்டுள்ளன. அவை அளவீடுகளில் இரைச்சலைச் சேர்க்கின்றன; பார்வைக்குள் சுழன்று வரும் ஒரு புள்ளி, ஒரு கோளின் சமிக்ஞையைப் போலத் தோன்றலாம் — அல்லது அதைப் பெரிதாக்கலாம்.

எட்டு சந்தேக நபர்கள், ஒரு பொதுப் பண்பு

இருவரும் நாசா புறக்கோள் காப்பகத்திலிருந்து தொடங்கி, நம்பகமான ஆரமும் ஆர திசைவேக நிறையும் கொண்ட, நான்கு பூமி ஆரங்களைவிடச் சிறிய 333 கோள்களை வைத்துக்கொண்டனர். அவர்கள் கண்டவை:

• பாறை அடர்த்தியும் 10 பூமி நிறைகளுக்கு மேலான நிறையும் கொண்ட 4 கோள்கள்: WASP-84 c, TOI-1347 b, TOI-2322 c, HD 63433 b.
• வரம்புக்கு மேலே இருந்தும் கிட்டத்தட்ட ஹைட்ரஜன்-ஹீலியம் உறையே இல்லாத மேலும் 4: GJ 523 b, TOI-815 c, HD 18599 b, GJ 143 b.

ஒவ்வொரு புரவல விண்மீனின் செயல்பாட்டையும் அளக்க, காந்த வெப்பமேற்றலால் ஒளிரும் விண்மீனின் சூடான வெளி அடுக்கு வெளியிடும் கால்சியம் ஒளியை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு குறியீட்டைப் பயன்படுத்தினர். −4.75 என்ற மதிப்புக்கு மேல், ஒரு விண்மீன் செயல்மிகு எனக் கருதப்படுகிறது. TESS திட்டத்தின் ஒளிர்வு அளவீடுகளும், ஒவ்வொரு விண்மீனும் தன் புள்ளிகள் சுழலும்போது மங்கி ஒளிர்வதைக் காட்டுகின்றன.

முடிவு: எட்டும் செயல்மிகு விண்மீன்களைச் சுற்றுகின்றன. கோள் நிறையும் செயல்பாட்டு அளவீடும் இரண்டும் கொண்ட 37 விண்மீன்களில், 13 மட்டுமே செயல்மிகு.

ஒரு தற்செயலின் வாய்ப்பு

மெகா-பூமிகள் சீராகப் பரவியிருந்தால், நான்கு பாறைக் கோள்களும் செயல்மிகு விண்மீன்களைச் சுற்றி அமைந்த வாய்ப்பு:

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

சுமார் 1%. மற்ற நான்கையும் சேர்த்தால், அது 0.0003-க்கு இறங்குகிறது.

இளம், செயல்மிகு விண்மீன்கள் மெகா-பூமிகளை உருவாக்குவதில் வெறுமனே சிறந்தவையா? ஆசிரியர்கள் அதற்கு எந்தக் காரணத்தையும் காணவில்லை. ஒன்றை உருவாக்கக் கூடுதல் மோதல்கள், 0.8 முதல் 20 நாள் சுற்றுப்பாதைகளுக்கு உள்நோக்கிய இடப்பெயர்வு, ஒருவேளை ஒரு தடித்த வளிமண்டலத்தின் உரிதல் தேவைப்படும் — இவை அனைத்துக்கும் நேரம் ஆகும். ஏதேனும் இருந்தால், இந்த உலகங்கள் வயதான விண்மீன்களுக்கே சாதகமாக இருக்க வேண்டும்.

நிறைகள் எங்கே தவறுகின்றன

ஒவ்வொரு மூல அளவீடும், கோளின் சமிக்ஞையைப் பிரித்தெடுக்க விண்மீனின் இரைச்சலை மாதிரியாக்கும் புள்ளியியல் கருவியான காஸியன் செயல்முறைகளைப் (Gaussian processes) பயன்படுத்தியது. ஆனால் அளவுக்கு மீறிய நெகிழ்வுள்ள மாதிரி, தவறான சமிக்ஞையை உள்வாங்கி மிகப் பெரிய நிறைகளைத் தரக்கூடும். நிகழ்வுகள் பலவீனமாகத் தோன்றுகின்றன:

• WASP-84-ஐச் சுற்றி, விண்மீனின் நடுக்கம் (சுமார் 13 m/s) கோளின் சமிக்ஞையைவிடப் பெரியது (7.7 m/s).
• TOI-2322 21.28 நாட்களில் சுழல்கிறது; அதன் கோள் 20.23 நாட்களில் சுற்றுகிறது.
• 37 பூமி நிறைகளுடன் மிகக் கனமான HD 63433 b-ஐ இரண்டாவது குழு கண்டறியவே இல்லை; அது 21 பூமி நிறைகள் என்ற மேல் வரம்பை நிர்ணயித்தது.
• மூன்று கோள்கள், இத்தகைய மாதிரிகள் நம்பகமற்றவை என்று அறியப்பட்ட, வெளியிடப்பட்ட ஒரு சமிக்ஞை-இரைச்சல் வரம்புக்குக் கீழே உள்ளன.

ஆசிரியர்கள் ஒரு முன்னுதாரணத்தை நினைவூட்டுகின்றனர்: கவனிக்கப்படாத ஒரு காலமுறைச் சமிக்ஞையால் நிறை மூன்று மடங்கு ஊதிப் பெருக்கப்பட்டதாகத் தெரியவந்த இன்னொரு கோள்.

பாறை ராட்சதர்கள் இல்லை — இப்போதைக்கு

அவர்களின் முடிவு: பத்து பூமி நிறைகளுக்கு மேலான பாறைக் கோள்களுக்கு உறுதியான சான்று இல்லை. செயல்மிகு விண்மீன்களைச் சுற்றும் கோள்களின் ஆர திசைவேக நிறைகள் சந்தேகத்துக்குரியவை, ‘குறிப்பாக, அத்தகைய கோள்களின் இருப்பு கோள் உருவாக்கம் பற்றிய நம் கருத்துகளுக்குச் சவால் விடும்போது.’ விண்மீனின் செயல்பாடும் கோளும் நன்கு மாதிரியெடுக்கப்படும்படி அவதானிப்புகளின் நேரத்தை அமைக்க அவர்கள் பரிந்துரைக்கின்றனர்.

வாதம் புள்ளியியல் சார்ந்தது; ஒரு சிறிய மாதிரியைச் சார்ந்தது: எட்டுக் கோள்கள், 37 விண்மீன்கள். ஆசிரியர்கள் மூல நிறைப் பொருத்தல்களை மீண்டும் செய்யவில்லை.