James Webb Space Telescope ने exoplanet की पहली direct image जारी की

• JWST observation team ने पृथ्वी से लगभग 111 light-year दूर युवा तारे TWA 7 के आसपास के debris disk में एक मंद infrared प्रकाश स्रोत खोजा, और पुष्टि होने पर यह telescope द्वारा direct imaging से खोजा गया पहला exoplanet होगा
• हज़ारों ज्ञात exoplanet ज़्यादातर तारे के सामने से गुजरने पर बनने वाली छाया जैसी indirect method से खोजे गए हैं, लेकिन इस अध्ययन की खास बात यह है कि इसमें direct imaging से candidate को पकड़ा गया है
• शोधकर्ताओं ने तारे की रोशनी ग्रह की तुलना में कहीं अधिक चमकदार होने की समस्या को coronagraph और advanced image processing से कम करके TWA 7 के पास infrared प्रकाश स्रोत की पुष्टि की
• candidate object TWA 7 b का द्रव्यमान Saturn के समान, तापमान लगभग 120 degrees Fahrenheit, और स्थिति पृथ्वी-सूर्य दूरी की लगभग 50 गुना मानी गई है; इसके background galaxy होने की संभावना लगभग 0.34% है
• अगर इसे exoplanet के रूप में पुष्टि मिलती है, तो यह debris disk structure बनाने वाले ग्रह को सीधे देखने का मामला होगा और यह दिखाएगा कि JWST mass और distance की उस range को खोल सकता है जहाँ तक मौजूदा observations से पहुँचना मुश्किल था

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TWA 7 के आसपास पकड़ा गया ग्रह candidate

• JWST observation team ने युवा तारे TWA 7 को घेरे हुए debris disk के भीतर एक मंद infrared प्रकाश स्रोत की पुष्टि की
  • TWA 7 पृथ्वी से लगभग 111 light-year दूर है
  • शोधकर्ताओं का मानना है कि यह प्रकाश स्रोत exoplanet होने की प्रबल संभावना रखता है
  • पुष्टि होने पर यह JWST द्वारा direct imaging से नए exoplanet की पहली खोज होगी
• यह अध्ययन Nature में प्रकाशित हुआ
• JWST ने 2023 के जनवरी में संभावित exoplanet की एक मौजूदा खोज की पुष्टि पहले की थी, लेकिन यह अध्ययन direct imaging से नए exoplanet को खोजने के मामले के रूप में अलग है

direct imaging method और observation results

• exoplanet की direct imaging कठिन होने का कारण यह है कि stellar brightness आसपास के ग्रहों की मंद रोशनी को दबा देती है
• शोधकर्ताओं ने JWST के coronagraph से तेज़ stellar light को block किया और बची हुई light scatter को advanced image processing से हटाया
• इसके परिणामस्वरूप TWA 7 के पास एक मंद infrared प्रकाश स्रोत सामने आया, और इस candidate object को TWA 7 b कहा गया
  • इसका द्रव्यमान Saturn के समान स्तर का माना गया है
  • प्रारंभिक observation में इसका तापमान लगभग 120 degrees Fahrenheit दर्ज किया गया
  • तारे से इसकी दूरी पृथ्वी-सूर्य दूरी की लगभग 50 गुना है
  • यह debris disk की तीन dust rings में से एक के gap के भीतर स्थित है
  • इसके background galaxy होने की संभावना लगभग 0.34% है
• TWA 7 ऐसा तारा है जिसका debris disk पृथ्वी से सामने की ओर दिखाई देता है, इसलिए यह लंबे समय से रुचि का विषय रहा है; पिछली studies ने disk के gap के ज़रिए अब तक न मिले ग्रह की मौजूदगी का परोक्ष संकेत दिया था
• शोधकर्ताओं ने computer model से संभावित planetary system का simulation किया, और उसका परिणाम JWST observation image से मेल खाता था, जिससे विश्वसनीयता बढ़ी
• TWA 7 b का द्रव्यमान अब तक direct imaging से देखे गए exoplanetों की तुलना में लगभग 10 गुना हल्का माना गया है, जो JWST instrument की observation capability को दिखाता है
• यदि यह प्रकाश स्रोत वास्तविक exoplanet के रूप में पुष्टि हो जाता है, तो यह तारे के आसपास debris disk बनाने वाले ग्रह से सीधे जुड़ी पहली खोज होगी
• JWST exoplanet के mass और तारे से दूरी, दोनों के लिहाज़ से उस range को खोल सकता है जहाँ तक पहले की observations से पहुँचना कठिन था, और इससे exoplanetary systems की विविधता तथा उनके निर्माण और evolution को समझने में मदद मिल सकती है

[GN⁺]

Hacker News की रायें

• अगर कोई सोच रहा हो, तो बता दूँ कि इस ग्रह या किसी भी exoplanet की 1 pixel से बड़ी image पाने में अभी बहुत लंबा रास्ता है
  110 light-years की दूरी पर इस ग्रह को 100×100 pixels, यानी छोटे icon जैसी resolution में कैप्चर करने के लिए लगभग 450km व्यास वाला telescope चाहिए होगा। यह प्रकाश की wavelength से जुड़ी भौतिक सीमा है
  सबसे अच्छा विकल्प होगा space-based optical interferometer बनाना, जिसमें दो nodes 450km दूर हों और उन्हें 1 wavelength के स्तर पर synchronize किया जाए, लेकिन engineering के लिहाज से यह बेहद कठिन चुनौती है

  • इससे भी बेहतर किया जा सकता है। सूर्य को gravitational lens की तरह इस्तेमाल करके[1], और 542AU के focal point पर probe रखकर, 98 light-years दूर किसी ग्रह की सतह को 25km scale की resolution में देखा जा सकता है[2]
    यह बहुत बड़ा और लंबा चलने वाला काम होगा, लेकिन अभी की मानव तकनीकी क्षमता के दायरे में लगता है

    1. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_gravitational_lens

    2. https://www.nasa.gov/general/direct-multipixel-imaging-and-s...

  • इस विचार को आगे बढ़ाएँ तो Fermi paradox के कई संभावित समाधान कमजोर पड़ जाते हैं
    अगर, मेरी तरह, आप सभ्यता के भविष्य को Dyson Swarm मानते हैं, तो Venus और Mars की कक्षाओं के बीच कहीं सूर्य के चारों ओर करोड़ों orbital structures होंगे। फिर भी average spacing करीब 100,000km होगी, इसलिए भीड़ भी नहीं होगी
    लोग अक्सर पूछते हैं कि ऐसा क्यों किया जाए; वजह सरल है। प्रति unit mass जमीन का area और ऊर्जा। 10 अरब लोगों की आबादी हो तो हर व्यक्ति के पास Africa जितनी जमीन होगी, और उसके पास पृथ्वी तक पहुँचने वाले solar output के बराबर energy budget होगा—ऊर्जा का सचमुच कल्पना से परे विशाल पैमाना
    तब 450km चौड़े telescope की जगह आप अधिकतम करीब 400 million km दूर स्थित orbital structures इस्तेमाल करेंगे। बहुत दूर की दुनियाओं को देखने की resolution कल्पना से परे ऊँची होगी
    इसलिए Fermi paradox के वे समाधान, जिनमें कहा जाता है कि advanced civilizations छिप सकती हैं, कमजोर हो जाते हैं। K2 civilization से छिपा नहीं जा सकता

  • 4.37 light-years दूर Alpha Centauri system की तस्वीर लेने के लिए telescope/mirror/lens कितना बड़ा होना चाहिए?
    और क्या किसी बड़े क्षेत्र को “scan” करने के बाद कई छोटी images को combine करके image बनाई जा सकती है?

  • सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की कक्षा में space-based telescopes की array समान दूरी पर लगाई जाए, और जो telescopes सूर्य से ढक जाने के कारण पृथ्वी से सीधे communicate नहीं कर सकते, वे आपस में relay करें, तो यह सचमुच शानदार होगा
    तब solar system के orbital plane के बाहर observe करते समय 2AU synthetic aperture इस्तेमाल किया जा सकेगा। शायद यह gravitational wave observatory का काम भी साथ-साथ कर सके
    बेशक, अभी यह science से ज़्यादा science fiction के करीब है, लेकिन यह मानना उचित लगता है कि किसी दिन हम ऐसी चीज़ बना सकते हैं

  • या फिर 450km दूर स्थित दो या अधिक telescopes इस्तेमाल कर सकते हैं:

    • https://en.wikipedia.org/wiki/Aperture_synthesis

    • https://www.nature.com/articles/ncomms7852

• अध्ययन की lead author Anne-Marie Lagrange का नाम किसी astrophysicist के लिए बहुत ही fitting है
  सोचता हूँ कि क्या वे Lagrange points जिनके नाम पर हैं, उनसे दूर की रिश्तेदार हैं। https://en.wikipedia.org/wiki/Lagrange_point
  संदर्भ के लिए, अब तक मैं A-M Lagrange को नहीं जानता था, लेकिन उनका career सचमुच शानदार है: https://en.wikipedia.org/wiki/Anne-Marie_Lagrange
  • Scopus में Lagrange नाम वाले लोगों की 390 profiles हैं। यह बहुत आम surname नहीं है, लेकिन दुर्लभ भी नहीं; और उनमें से कुछ, चाहे Joseph-Louis के वंशज हों या न हों, academia में आ ही जाते हैं
  • मैंने भी बिल्कुल यही सोचा था। शायद फिर से nominative determinism काम कर गया
  • दरअसल JWST L2 की परिक्रमा करता है!

https://webbtelescope.org/contents/media/images/01F4STZH25YJ...

• पहले मैं JWST को लेकर संशय में था। मुझे लगता था कि अगर थोड़ा इंतज़ार करके सस्ते बड़े launch vehicles और computational imaging में हुई प्रगति का फायदा उठाया जाता, तो यह विज्ञान में बेहतर निवेश होता
  लेकिन यह विज्ञान के लिए cathedral बनाने की पराकाष्ठा है। जिस पल हमने पहली बार ब्रह्मांड को समझना शुरू किया, और उस लंबे सपने से जागे कि हम ईश्वर द्वारा बनाए ब्रह्मांड के केंद्र में हैं, तब से रखे गए हर पत्थर ने आज का ज्ञान खड़ा किया है। अब हम न सिर्फ ऐसे दूसरे गोले की कल्पना और वास्तविक दर्शन कर सकते हैं जिस पर कदम रखा जा सके, बल्कि ऐसे गोलों से बने पूरे दूसरे systems भी देख सकते हैं
  सचमुच भव्य
  • ऐसे सोचें तो फिर कुछ भी क्यों करना चाहिए?
    यह तर्क लगभग हर चीज़ पर लागू किया जा सकता है। बेहतर चीज़ जल्द आने वाली है, इसलिए बस इंतज़ार करें—ऐसा हो जाएगा
    JWST बनाते समय भी निश्चित रूप से दूसरी प्रगतियां हुई होंगी, और वे technologies किसी काल्पनिक बेहतर telescope में लागू की जा सकती हैं
• “नए detect किए गए infrared source के background galaxy होने की थोड़ी संभावना भी है” वाला हिस्सा—मैं समझता हूं कि यह काम मुश्किल है, लेकिन त्रुटि का पैमाना दिलचस्प है
  यानी “हमें लगा कि हमने किसी चीज़ की तस्वीर ली है, लेकिन असल में वह शायद कहीं बहुत दूर मौजूद अरबों की संख्या में कहीं ज्यादा बड़ी चीज़ें रही हों”
  • समय बीतने पर orbital motion से दोनों संभावनाओं में फर्क किया जा सकेगा
    हालांकि अगर यह किसी छोटे तारे के आसपास 50AU orbit में घूम रहा हो, तो इसमें काफी लंबा समय लग सकता है
• 111 light-years की दूरी को अलग तरह से महसूस करें तो, Voyager probes अभी तक पृथ्वी से 1 light-day भी दूर नहीं पहुंचे हैं
• इस technique की एक और शानदार बात यह है कि ग्रह जितना bright star से दूर होगा, उसे देखना उतना आसान होगा, इसलिए यह तारे से दूर स्थित ग्रहों के लिए फायदेमंद है
  इसके उलट मौजूदा techniques पास के ग्रहों की ओर झुकी हुई हैं। Doppler shift और light curve method दोनों तारे के करीब orbit करने वाले ग्रहों को अच्छी तरह detect करते हैं
  दोनों techniques को साथ इस्तेमाल करने पर ग्रहों के distribution को बेहतर समझा जा सकेगा
• “Observation को और समर्थन देने के लिए Lagrange और उनके साथियों ने संभावित planetary system को visualize करने वाला computer model चलाया, और simulation image telescope द्वारा captured image से मेल खाती थी। ‘इसलिए हम सचमुच आश्वस्त हो पाए कि वहां ग्रह है’” वाले अंश पर—मुझे यह काम खुद अच्छा लगता है और इसके सचमुच exoplanet image होने पर संदेह करने की वजह भी नहीं है, लेकिन ऐसी modeling को hypothesis के समर्थन में काफी कमजोर evidence मानता हूं
  Models assumptions से बनते हैं, और वे assumptions expectations से प्रभावित होते हैं। Model data नहीं होता
  • यह इस पर निर्भर करता है कि model कैसे बनाया गया और कैसे इस्तेमाल हुआ। आदर्श स्थिति में उम्मीद होगी कि संभावित observations का बड़ा हिस्सा model से match न करे
    लेकिन अगर वास्तविक observation match कर जाए, तो यह इस बात का मजबूत संकेत बनता है कि आप वही चीज़ देख रहे हैं जिसकी उम्मीद थी। इसके उलट, जब match न हो तो यह भी पक्का नहीं कहा जा सकता कि model थोड़ा गलत है या नहीं
• HN का title हल्का-सा गलत था। यह JWST द्वारा ली गई पहली exoplanet की direct image नहीं है। मार्च के article में भी JWST की कई exoplanet images हैं: https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-images-you...
  मूल title “The James Webb Space Telescope Reveals Its First Direct Image Discovery of an Exoplanet” में अहम शब्द “discovery” छूट गया था। यानी इसका मतलब है कि direct imaging के जरिए पहले अज्ञात ग्रह की पहली discovery हुई
  • अब title में discovery जोड़ दिया गया है
    submitted title “James Webb Space Telescope reveals its first direct image of an exoplanet” था, और शायद HN की 80-character title limit में फिट करने की नेकनीयत कोशिश रही होगी। अब JWST करके fit कर दिया गया है
• JWST engineering का अजूबा है। साथ ही यह 1990s के सबसे शक्तिशाली rockets की constraints में fit होने के लिए design की गई machine भी है
  अब विशाल fairing वाले कई super-heavy launch vehicles development में हैं, तो कल्पना कीजिए कि future telescopes कितने powerful हो सकते हैं
  • उम्मीद है किसी दिन इतना शक्तिशाली telescope होगा कि, जैसे Van Leeuwenhoek ने microorganisms खोजे थे, वैसा ही galaxy-scale Van Leeuwenhoek moment आए। यानी एक दिन अचानक हम galaxies को spaceships से भरा हुआ देखें
  • अभी तक validate न हुए launch vehicle को आधार बनाकर JWST-class payload बनाने का फैसला करना मुश्किल है
    दशक-दर-दशक plan होने वाले mission को launch करना हो, तो आप चाहेंगे कि “development में” मौजूद चीज़ पहले validate हो जाए
  • सही है। अफसोस है कि एक-दो जुड़वां units साथ में develop नहीं किए गए। extra cost बहुत बड़ी नहीं होती, और अब launch करने के लिए SpaceX rocket भी है
• यह सचमुच रोमांचक है। लगता है किसी दिन ऐसी discoveries हमें higher-resolution images में मिलेंगी। इस field को बेहतर जानने वाला कोई अपनी राय जोड़े तो अच्छा होगा
  जब हमें पहली बार पृथ्वी जैसे exoplanet की direct observational photo मिलेगी, वह ऐतिहासिक मोड़ होगा
  • वह काम solar gravitational lens से होगा। इस पर हाल में NASA paper है
    मूलतः target exoplanet की opposite direction में probe को 550AU से आगे भेजकर सूर्य की ओर point कर दें, तो सूर्य के चारों ओर उस ग्रह की distorted high-resolution photo मिल सकती है। बाद में algorithms से उसे सामान्य photo की तरह reconstruct किया जा सकता है
    travel time शायद कई दशक होगा, और निर्माण अवधि भी लंबी लगती है। फिर भी 40–100 साल में शायद ‘नज़दीकी’ exoplanets की कई HD images देखने को मिलें। अगर तब तक जीवित रहा तो यह सचमुच जबरदस्त उत्साहजनक होगा
  • Nancy Grace Roman Space Telescope technology demonstrator के रूप में बेहतर coronagraph लेकर जाएगा। इस technology को बेहतर करने के तरीके लगातार सामने आ रहे हैं