सूर्यमालेच्या परीघाजवळ खगोलीय वस्तूंच्या अभावामुळे खगोलशास्त्रज्ञ कोड्यात

आपल्या सूर्यमालेतील नेपच्यून या ग्रहापलिकडील अंधाऱ्या अवकाशामध्ये ‘कायपर बेल्ट’ आहे. सूर्यापासून पृथ्वी जितक्या अंतरावर आहे, त्याच्या ३५ ते ५०पट अंतरावर हा भाग आहे. या प्रदेशामध्ये बर्फाळ तुकडे आहेत जे एकमेकांपासून बऱ्याच अंतरावर असल्याने त्यांची कधी टक्कर होऊ शकली नाही व विलीन होऊन ते ग्रहाचा आकार धारण करू शकले नाहीत.
अशा प्रकारच्या विलीनीकरणातून तयार झालेला प्लुटो हा सर्वात मोठा ग्रह आपल्याला माहीत आहे. परंतु प्लुटोही आकारमानाने अशा इतर तुकड्यांपेक्षा थोडासाच मोठा आहे. गेल्या दोन दशकांमध्ये, प्लुटोपेक्षा कमी आकाराचे असेच जवळजवळ दोन हजार तुकडे काही किलोमीटरच्या अंतरावर टेलिस्कोप सर्वेक्षणांमध्ये दिसून आले आहेत. त्यामुळे ‘कायपर बेल्ट’मध्ये असे किती छोटे पण न दिसलेले तुकडे आहेत, हे नेमके सांगणे कठीण आहे. ‘सायन्स’ या नियतकालिकामध्ये प्रकाशित झालेल्याएका नवीन पेपरने मात्र या गोष्टीचा शोध लावण्यासाठी एक कल्पक पद्धत वापरली आहे.

चॅरोनवरील ‘वल्कन प्लॅनिशिया’वरील छोट्या खड्ड्यांच्या पृष्ठभागाचे तपशील. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/K. Singer

हा पेपर महत्त्वाचा आहे, कारण वैज्ञानिकांच्या मते, ‘कायपर बेल्ट’मधील तुकडे हे आपल्या सूर्यमालेच्या जन्माच्या वेळचे आहेत व प्राक्कालीन धुळीतून व वायूमधून त्यांचा जन्म झाला आहे. त्यांच्या आकाराच्या वितरणातून (size distribution) आपल्याला कळू शकते की आपल्या सूर्यमालेतील ग्रह ज्या घटकांपासून बनले आहेत, ते सुरुवातीला कुठल्या प्रक्रियेतून एकत्र आले होते.
तुकड्यांऐवजी खड्डे मोजण्याची युक्ती
‘कायपर बेल्ट’मधील बर्फाळ तुकडे मोजण्याऐवजी, या संशोधकांनी अशा तुकड्यांचा एक अनियत नमुना घेतला. त्या तुकड्यांनी आघात केल्यामुळे प्लुटो आणि प्लुटोचा सर्वात मोठा उपग्रह असलेल्या चॅरोनवर किती खड्डे झाले आहेत हे मोजले. १३ किलोमीटर रुंदीचे खड्डे हे केवळ १ ते २ किलोमीटर आकाराच्या तुकड्यांनी केलेले आहेत. तुकड्यांचा हा आकार टेलिस्कोपमधून ओळखले जाण्याच्या क्षमतेच्या पलीकडे आहे. परंतु २०१५ साली ‘नासा’च्या ‘न्यू होरायझन्स’मिशनद्वारे मिळालेल्या छायाचित्रांमध्ये १.४ किलोमीटर एवढ्या कमी आकाराचे खड्डेसुद्धा दिसतात. हे खड्डे ज्या ‘कायपर बेल्ट’मधील तुकड्यांनी निर्माण केले, त्यांचा आकार १०० मीटरपेक्षा जास्त नसावा.
संशोधकांच्या विश्लेषणातून असे दिसते की प्लुटो आणि चॅरोनवरील १३ किलोमीटर वा

प्लुटोच्या सर्वात विस्तृत रंगीत नकाशामधून घेण्यात आलेला ‘थुलू रिजीयो’चा ८०० किलोमीटर पट्ट्याचे चित्र. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

त्यापेक्षा अधिक आकाराचे खड्डे निर्माण करणाऱ्या विविध आकाराच्या तुकड्यांच्या आघातांचा दर व ‘कायपर बेल्ट’मधील तुकड्यांचे अपेक्षित आकार-वितरण यांमध्ये साम्य आहे. छोट्या खड्ड्यांबाबत मात्र तुकड्यांची संख्या खूपच कमी आहे. याचाच अर्थ असा की ‘कायपर बेल्ट’मधील असे छोटे खड्डे निर्माण करू शकणाऱ्या  तुकड्यांची संख्यासुद्धा खूप कमी असावी. गुरु, मंगळ व पृथ्वीसारख्या ग्रहांच्या प्रदेशांमध्ये व्यवस्थित नोंदी असलेल्या लघुग्रहांबाबत (ज्यांची या प्रदेशातील इतर खगोलीय वस्तूंशी टक्कर होते) असे म्हणता येत नाही. ‘कायपर बेल्ट’मधील तुकड्यांची संख्या कमी असणे, हे (सध्या अस्तित्त्वात असणाऱ्या) सैध्दांतिक प्रारुपांशीही सुसंगत नाही.
(प्लुटो आणि चॅरोनवरील) सर्वात जास्त खड्डे असणाऱ्या प्रदेशांच्या आकलनातून वैज्ञानिकांनी ही शक्यता खोडून काढली आहे की गेल्या ४०० कोटी वर्षांतील क्रायोव्होल्कॅनिक क्रियांमधून (ज्वालामुखीप्रमाणे होणारा बर्फाळ द्रवांचा उद्रेक) आधी अस्तित्त्वात असणारे खड्डे पुसले गेले आहेत. यातून अपेक्षित प्रमाणामध्ये छोट्या आकाराचे खड्डे कधी निर्माणच झाले नाहीत, या निष्कर्षाला बळकटी मिळाली आहे. म्हणजेच, ‘कायपर बेल्ट’मध्ये १ ते २ किलोमीटरपेक्षा कमी आकाराच्या तुकड्यांची संख्या अपेक्षेपेक्षा गूढरित्या कमी आहे.
ब्लॉर्पिंग आणि फ्लॉम्पिंग
‘साउथवेस्ट रिसर्च इन्स्टिट्यूट’च्या केलसी सिंगर यांच्या नेतृत्वाखाली जेव्हा संशोधकांनी हा पेपर लिहिला, तेव्हा ‘कायपर बेल्ट’मधील तुकडा कुणीही सूक्ष्मपणे बघितला नव्हता. परंतु ‘न्यू होरायझन्स’ अशातच एका ३० किलोमीटर आकाराच्या तुकड्याजवळून उडाले. या तुकड्याचे नाव ‘२०१४ एम यु६९’असे ठेवण्यात आले आहे (‘अल्टिमा थ्युल’ असे याचे वादग्रस्त टोपणनाव आहे). ‘न्यू होरायझन्स’ने १ जानेवारीला पाठविलेली या तुकड्याची छायाचित्रे ही आपल्याला मिळू शकणारी कदाचित सर्वोत्तम छायाचित्रे आहेत.

. ‘कायपर बेल्ट’वरील ‘२०१४ एम यु६९’ हा तुकडा. दोन्ही टोकांना गोलाकार अशा या तुकड्याची लांबी ३० किलोमीटर आहे. NASA/Johns Hopkins Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute, National Optical Astronomy Observatory

या तुकड्याचे वर्णन काही वेळा “स्नोमनच्या आकाराचा” असा केला जातो. हा तुकडा दोन्ही टोकांना गोलाकार असा, “कॉन्टॅक्ट बायनरी” आहे, जो नक्कीच दोन गोलाकार तुकडे अतिशय धीम्या गतीने व हळुवारपणे विलीन होऊन निर्माण झाला असावा. यामुळेच या तुकड्यातील एकाही घटकाचा मूळ आकार बिघडलेला नाही. पण या प्रक्रियेपूर्वी काय घडले? या तुकड्यातील मोठ्या गोलाकडे लक्षपूर्वक बघितल्यास, अनेक छोट्या घटकांच्या खुणा दिसतात. हे छोटे घटक पुरेशा जोराने एकत्र येऊन हा गोल निर्माण झाल्याचा अंदाज बांधता येतो. मात्र हा जोर इतका नव्हता की हे तुकडे एकमेकांना उद्ध्वस्त करतील.
या अनुमानांमधून विशिष्ट अशा काही नवीन संज्ञा निर्माण झाल्या आहेत. ‘ब्लॉर्पिंग’ म्हणजे छोट्या तुकड्यांची टक्कर होऊन त्यांचे या दोन गोलांमध्ये विलीनीकरण होणे; ‘फ्लॉम्पिंग’ म्हणजे दोन्ही गोलांचे एकमेकांच्या आकाराला धक्का न लावता विलीन होणे. कुठल्या प्रक्रियेतून ‘कायपर बेल्ट’मधून ते छोटे तुकडे नाहीसे झाले, ज्यांनी प्लुटो व चॅरोनवर आघात करून छोटे खड्डे निर्माण केले असते.

चॅरोनवरील ‘वल्कन प्लॅनिशिया’चे तपशील, जिथे छोटे खड्डे कमी संख्येने आहेत. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

‘कायपर बेल्ट’मधील छोट्या तुकड्यांची तुलनेने कमी असलेल्या संख्येचे कारण हेच असू शकते की टक्कर होऊन एकमेकांना तोडण्याऐवजी, हे तुकडे ‘ब्लॉर्पिंग’च्या प्रक्रियेतून एकत्र आले व ‘२०१४ एम यु६९’सारखे मोठे तुकडे निर्माण झाले. हे जर बरोबर असेल, तर आपण या तुकड्यांना मोजण्याचा प्रयत्न करतो तेव्हा छोट्या तुकड्यांऐवजी, वाढ झालेले तुकडे दिसतात.
सूर्यापासून जसेजसे अंतर वाढत जाते, तशी ग्रहांची वा अशा तुकड्यांची कक्षीय गती (ज्या गतीने ते फिरतात) कमी होत जाते. त्यामुळे ‘कायपर बेल्ट’मध्ये होणारी तुकड्यांची टक्कर ही सूर्यमालेतील आघातांपेक्षा कमी तीव्रतेची असणे अपेक्षित आहे. तरीही, ‘ब्लॉर्पिंग’ होऊन दोन घटक, तुकडे न होता विलीन होण्यासाठी, कदाचित बर्फ (बहुतांशी ज्यापासून तुकडे बनलेले असतात) ठिसूळ नसून अपेक्षेहून अधिक नरम व ओलसर असावा. ही माहिती महत्त्वपूर्ण आहे, कारण हे तुकडे त्याच घटकांपासून बनलेले आहेत ज्यांपासून आपली सूर्यमाला निर्माण झाली होती. यातून आपल्या सूर्यमालेच्या विकासाबाबत नवीन मुद्दे कळू शकतात.

(लेखक हे ‘द ओपन युनिव्हर्सिटी’ येथे भूगर्भ विज्ञानाचे प्राध्यापक आहेत)

(सदर लेख हा ‘द कॉन्व्हर्सेशन’मधील लेखाचे पुनर्प्रकाशन आहे. ‘क्रिएटिव्ह कॉमन लायसन्स’खाली हे पुनर्प्रकाशन करण्यात आले आहे. मूळ लेख येथे वाचता येऊ शकतो.)

अनुवाद – प्रवीण लुलेकर