सिंक्रनाइज़्ड तारा जोड़े कैसे शक्ति देते हैं ब्रह्मांडीय रेडियो लेज़र

दशकों से, खगोलविदों ने गहरे अंतरिक्ष से आने वाली रहस्यमयी रेडियो दालों का पता लगाया है। कुछ सबसे हैरान करने वाली दालें बाइनरी स्टार सिस्टम से आती हैं जो हर कुछ मिनट में चमकती हैं—जो सामान्य पल्सर की तेज़-तर्रार टिक-टिक से कहीं धीमी होती हैं। अब, कैलटेक के शोधकर्ताओं ने सुपरकंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके यह दिखाया है कि कैसे सिंक्रनाइज़्ड तारों के जोड़े इन लंबी अवधि के ब्रह्मांडीय रेडियो फट उत्पन्न करते हैं।

धीमी ब्रह्मांडीय पल्स

अधिकांश रेडियो पल्सर न्यूट्रॉन तारे होते हैं जो अविश्वसनीय गति से घूमते हैं, हर सेकंड के एक अंश में पृथ्वी पर विकिरण की किरणें बहाते हैं। लेकिन इस नए अध्ययन में वस्तुएं बहुत लंबे समय के पैमाने पर स्पंदित होती हैं, हर कुछ मिनट में नियमित फट उत्सर्जित करती हैं। ये तीव्र किरणें सामान्य रेडियो तरंगें नहीं हैं, बल्कि मेसर हैं—लेज़र के रेडियो समकक्ष—जो चरम स्थितियों में उत्पन्न होते हैं।

अब तक, वैज्ञानिकों को संदेह था कि ये लंबी अवधि के फट सफेद बौने और एम-प्रकार के लाल बौने वाले बाइनरी सिस्टम से जुड़े थे। दो तारे एक तंग गुरुत्वाकर्षण नृत्य में एक दूसरे की परिक्रमा करते हैं, और उनकी सिंक्रनाइज़्ड परस्पर क्रिया को रेडियो उत्सर्जन को बढ़ाने वाला माना जाता था। हालांकि, मेसर क्रिया के पीछे की सटीक भौतिक प्रक्रिया अस्पष्ट बनी रही।

एक ब्रह्मांडीय रेडियो लेज़र समझाया गया

मेसर माइक्रोवेव या रेडियो विकिरण के प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले एम्पलीफायर हैं। अंतरिक्ष में, वे अक्सर उन क्षेत्रों में पाए जाते हैं जहां ऊर्जावान कण चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ सर्पिल होते हैं और सुसंगत ऊर्जा फट छोड़ते हैं। इन उत्सर्जनों के पीछे का तंत्र इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन मेसर अस्थिरता, या ईसीएमआई के रूप में जाना जाता है। जब इलेक्ट्रॉनों को चुंबकीय क्षेत्र में त्वरित किया जाता है, तो वे क्षेत्र रेखाओं के चारों ओर उनके घूर्णन से संबंधित एक विशिष्ट आवृत्ति पर विकिरण उत्सर्जित करते हैं। कुछ शर्तों के तहत, यह उत्सर्जन एक शक्तिशाली, केंद्रित किरण में प्रवर्धित हो जाता है।

नए सिम्युलेटेड बाइनरी सिस्टम में, सफेद बौने का चुंबकीय क्षेत्र प्रमुख बल है। जैसे ही दो तारे परिक्रमा करते हैं, यह एम बौने के पार बहता है, उनके बीच के स्थान के माध्यम से विशाल विद्युत धाराओं को चलाता है। ये धाराएं इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जावान बनाती हैं, और परिणामी ईसीएमआई लंबी अवधि के रेडियो दालों का उत्पादन करती है जिन्होंने खगोलविदों को हैरान किया है। सिमुलेशन से पता चलता है कि दो तारों का सिंक्रनाइज़ेशन महत्वपूर्ण है—प्रत्येक कक्षा अस्थिरता को ट्रिगर करती है और एक पल्स बनाती है।

सफेद बौना–एम बौना कनेक्शन

सफेद बौने सूर्य जैसे तारों के घने, कॉम्पैक्ट अवशेष हैं जिन्होंने अपने परमाणु ईंधन को समाप्त कर दिया है। एम बौने, जिन्हें एम-प्रकार के लाल बौने भी कहा जाता है, सबसे छोटे और सबसे ठंडे मुख्य-अनुक्रम तारों में से हैं। जब एक करीबी बाइनरी में जोड़ा जाता है, तो उनके चुंबकीय क्षेत्र नाटकीय तरीकों से परस्पर क्रिया करते हैं।

नए शोध के अनुसार, सफेद बौने की चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं अपने एम बौने साथी की तुलना में कहीं अधिक मजबूत होती हैं, और वे रेडियो उत्सर्जन बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। जैसे ही एम बौना सफेद बौने के चुंबकीय क्षेत्र से गुजरता है, यह एक चुंबकीय जनरेटर के माध्यम से चलने वाले कंडक्टर की तरह कार्य करता है, जिससे एक विशाल धारा उत्पन्न होती है। यह धारा चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ बहती है और ईसीएमआई को शक्ति देती है।

परिणाम एक सुसंगत रेडियो किरण है जो लाइटहाउस की तरह अंतरिक्ष में घूमती है। हर बार जब बाइनरी एक कक्षा पूरी करती है, तो किरण पृथ्वी की ओर इशारा करती है, जिससे एक नियमित पल्स उत्पन्न होती है। यह बताता है कि देखे गए फट हर कुछ मिनट में क्यों दोहराते हैं, जो बाइनरी जोड़ी की कक्षीय अवधि से मेल खाता है।

मेसर इंजन का अनुकरण

अध्ययन, द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स में प्रकाशित, यिकी झोंग, एक शेरमैन फेयरचाइल्ड पोस्टडॉक्टोरल स्कॉलर रिसर्च एसोसिएट इन थियोरेटिकल एस्ट्रोफिजिक्स, और एलियास आर. मोस्ट, सहायक प्रोफेसर ऑफ थियोरेटिकल एस्ट्रोफिजिक्स और विलियम एच. हर्ट स्कॉलर द्वारा नेतृत्व किया गया था। दोनों कैलटेक में थियोरेटिकल एस्ट्रोफिजिक्स इनक्लूडिंग रिलेटिविटी एंड कॉस्मोलॉजी समूह और वाल्टर बर्क इंस्टीट्यूट फॉर थियोरेटिकल फिजिक्स के सदस्य हैं।

झोंग और मोस्ट ने सुपरकंप्यूटर सिमुलेशन बनाए जो पहली बार, इन बाइनरी जोड़े द्वारा अंतरिक्ष में दागे जाने वाले मेसर को शक्ति देने का एक स्पष्ट, अंत-से-अंत चित्र प्रदान करते हैं। मॉडलों ने सितारों के बीच धारा के प्रवाह और परिणामी रेडियो उत्सर्जन को ट्रैक किया, यह प्रदर्शित करते हुए कि ईसीएमआई वास्तव में दूरबीनों द्वारा देखे गए लंबी अवधि के फट के लिए जिम्मेदार है।

ये निष्कर्ष खगोलविदों को एक इंटरैक्टिंग सफेद बौने वाले बाइनरी सिस्टम से रेडियो उत्सर्जन को समझने के लिए एक प्रत्यक्ष कम्प्यूटेशनल ढांचा देते हैं। पहले, शोधकर्ताओं को अप्रत्यक्ष अनुमानों और सरलीकृत मॉडलों पर निर्भर रहना पड़ता था। नया दृष्टिकोण समान प्रणालियों के व्यवहार की भविष्यवाणी करने और भविष्य की टिप्पणियों की व्याख्या करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

एक परिचित पैटर्न: बृहस्पति और आयो

दिलचस्प बात यह है कि सफेद बौने–एम बौने बाइनरी से रेडियो दालें बृहस्पति प्रणाली में देखे गए ग्रहों के रेडियो उत्सर्जन से काफी मिलती-जुलती हैं। खगोलविदों ने पहली बार 1955 में उन फट को देखा और उन्हें चलाने वाली चीज़ों की व्याख्या करने में वर्षों बिताए। 1969 में, कैलटेक के वैज्ञानिक पीटर गोल्डरेइच, प्रोफेसर ली ए. डुब्रिज, और डोनाल्ड लिंडेन-बेल ने पहेली का हिस्सा हल किया। उन्होंने प्रस्तावित किया कि बृहस्पति और उसके सबसे भीतरी गैलीलियन चंद्रमा, आयो के बीच एक शक्तिशाली विद्युत प्रवाह बहता है, जब चंद्रमा बृहस्पति के चुंबकीय क्षेत्र से गुजरता है।

उनके सिद्धांत के अनुसार, आयो की कक्षीय गति एक ट्यूब के आकार में एक मिलियन-एम्पियर विद्युत प्रवाह उत्पन्न करती है जो आयो को बृहस्पति के मैग्नेटोस्फीयर से जोड़ती है। उस भविष्यवाणी की बाद में प्रत्यक्ष उपग्रह इमेजिंग द्वारा पुष्टि की गई। अन्य शोध ने यह प्रदर्शित करना जारी रखा कि कैसे समान प्रक्रियाएं तारकीय बाइनरी सिस्टम में काम कर सकती हैं, लेकिन नए सिमुलेशन अब तक का सबसे विस्तृत चित्र प्रदान करते हैं कि उत्सर्जन कैसे उत्पन्न होता है।

सिमुलेशन क्या प्रकट करते हैं

सिमुलेशन लंबी अवधि के रेडियो फट की पीढ़ी में कई प्रमुख अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं:

• सफेद बौने का चुंबकीय क्षेत्र मेसर उत्सर्जन का प्राथमिक चालक है, न कि एम बौने का।
• इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन मेसर अस्थिरता स्वाभाविक रूप से इन बाइनरी सिस्टम में तब होती है जब सितारों के बीच बहने वाली धारा एक महत्वपूर्ण सीमा तक पहुंच जाती है।
• बाइनरी की कक्षीय अवधि रेडियो दालों की पुनरावृत्ति दर निर्धारित करती है, जो देखे गए कुछ मिनटों के अंतराल की व्याख्या करती है।
• रेडियो उत्सर्जन अत्यधिक दिशात्मक है, यही कारण है कि हम केवल इन फट का पता लगाते हैं जब किरण पृथ्वी को पार करती है।

यह कार्य कम्प्यूटेशनल एस्ट्रोफिजिक्स की शक्ति को भी प्रदर्शित करता है। सुपरकंप्यूटर सिमुलेशन के साथ, शोधकर्ता प्रयोगशाला में फिर से बनाने के लिए बहुत चरम वातावरण का पता लगा सकते हैं और खगोलीय समय-सीमा पर सामने आने वाली घटनाओं का अध्ययन कर सकते हैं। कैलटेक टीम के मॉडल को अन्य बाइनरी कॉन्फ़िगरेशन के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, संभावित रूप से ब्रह्मांडीय मेसर के अधिक स्रोतों को प्रकट किया जा सकता है।

भविष्य की टिप्पणियों के लिए निहितार्थ

जैसे-जैसे आगामी रेडियो वेधशालाएं अधिक संवेदनशीलता के साथ आकाश को स्कैन करती हैं, उनके इन दिलचस्प प्रणालियों में से अधिक खोजने की संभावना है। लंबी अवधि के रेडियो ट्रांसिएंट वर्षों से एक अवलोकन संबंधी रहस्य रहे हैं, और उन्हें सफेद बौने–एम बौने बाइनरी में ईसीएमआई से जोड़ना एक सुसंगत स्पष्टीकरण प्रदान करता है जिसे भविष्य की टिप्पणियों के साथ परीक्षण किया जा सकता है।

नए सिमुलेशन एक भविष्य कहनेवाला उपकरण भी प्रदान करते हैं। एक ज्ञात बाइनरी सिस्टम से अपेक्षित रेडियो उत्सर्जन को मॉडल करके, खगोलविद टिप्पणियों की तुलना सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से कर सकते हैं और पहचान सकते हैं कि कौन से सिस्टम मेसर उत्पन्न करने की संभावना रखते हैं। यह अनुवर्ती टिप्पणियों के लिए लक्ष्यों को प्राथमिकता देने में मदद कर सकता है और इन ब्रह्मांडीय रेडियो लेज़रों की अधिक खोज का कारण बन सकता है।

व्यापक संदर्भ में, यह समझना कि बाइनरी सितारे सुसंगत रेडियो उत्सर्जन कैसे उत्पन्न करते हैं, चरम वातावरण में मौलिक प्लाज्मा भौतिकी पर प्रकाश डालता है। यह तारकीय खगोल भौतिकी को ग्रह विज्ञान से भी जोड़ता है, क्योंकि वही प्रक्रियाएं जो स्टार सिस्टम में रेडियो फट बनाती हैं, हमारे अपने सौर मंडल में, बृहस्पति और उसके चंद्रमा आयो के बीच काम कर रही हैं।

कैलटेक अध्ययन वैज्ञानिकों को इन सिंक्रनाइज़्ड तारकीय रेडियो दालों के रहस्य को सुलझाने के एक बड़े कदम के करीब लाता है। विस्तार से मेसर तंत्र को मॉडल करने की नई क्षमता के साथ, ब्रह्मांड के रेडियो लेज़र अब इतने रहस्यमय नहीं हैं—वे केवल शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों के प्रभाव में तालमेल से चलने वाले सितारों का एक और परिणाम हैं।

यह लेख यूनिवर्स टुडे की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.