सिंक्रोनाइज्ड तारा जोड्या कशा कॉस्मिक रेडिओ लेसर चालवतात

दशकांपासून, खगोलशास्त्रज्ञांनी अंतराळातून येणाऱ्या गूढ रेडिओ स्पंदनांचा शोध लावला आहे. त्यापैकी काही सर्वात गोंधळात टाकणारे बायनरी तारा प्रणालींमधून येतात ज्या दर काही मिनिटांनी चमकतात—सामान्य पल्सारच्या वेगवान टिकटिकीपेक्षा खूपच हळू. आता, कॅल्टेकच्या संशोधकांनी सुपरकॉम्प्युटर सिम्युलेशनचा वापर करून दाखवले आहे की तार्यांच्या सिंक्रोनाइज्ड जोड्या या दीर्घ-कालावधीच्या कॉस्मिक रेडिओ स्फोट कसे निर्माण करतात.

एक मंद कॉस्मिक स्पंदन

बहुतेक रेडिओ पल्सार हे न्यूट्रॉन तारे असतात जे अविश्वसनीय वेगाने फिरतात, प्रत्येक सेकंदाच्या अंशात पृथ्वीवर किरणे झाडतात. परंतु या नवीन अभ्यासातील वस्तू जास्त दीर्घ कालावधीवर स्पंदन करतात, दर काही मिनिटांनी नियमित स्फोट उत्सर्जित करतात. या तीव्र किरण सामान्य रेडिओ लहरी नसून मासर आहेत—लेसरचे रेडिओ समतुल्य—अत्यंत परिस्थितीत निर्माण होणारे.

आतापर्यंत, शास्त्रज्ञांना शंका होती की या दीर्घ-कालावधीच्या स्फोटांचा संबंध व्हाइट ड्वार्फ आणि एम-प्रकारच्या लाल बटू असलेल्या बायनरी प्रणालींशी आहे. दोन तारे एकमेकांभोवती घट्ट गुरुत्वाकर्षण नृत्यात फिरतात, आणि त्यांच्या सिंक्रोनाइज्ड परस्परसंवादामुळे रेडिओ उत्सर्जन वाढते असे मानले जात होते. तथापि, मासर क्रियेमागील नेमकी भौतिक प्रक्रिया अस्पष्ट राहिली.

कॉस्मिक रेडिओ लेसर स्पष्ट केला

मासर हे मायक्रोवेव्ह किंवा रेडिओ किरणांचे नैसर्गिकरित्या उद्भवणारे अॅम्प्लिफायर आहेत. अंतराळात, ते सहसा अशा ठिकाणी आढळतात जिथे ऊर्जावान कण चुंबकीय क्षेत्राच्या रेषांसोबत सर्पिल होतात आणि सुसंगत ऊर्जा स्फोट सोडतात. या उत्सर्जनामागील यंत्रणा इलेक्ट्रॉन सायक्लोट्रॉन मासर अस्थिरता (ECMI) म्हणून ओळखली जाते. जेव्हा इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षेत्रात प्रवेगित होतात, तेव्हा ते त्यांच्या क्षेत्राभोवती फिरण्याशी संबंधित वैशिष्ट्यपूर्ण वारंवारतेवर किरण उत्सर्जित करतात. विशिष्ट परिस्थितीत, हे उत्सर्जन एका शक्तिशाली, केंद्रित किरणात वाढवले जाते.

नव्याने सिम्युलेटेड बायनरी प्रणालींमध्ये, व्हाइट ड्वार्फचे चुंबकीय क्षेत्र प्रबळ शक्ती आहे. दोन तारे फिरत असताना ते एम बटूवर झाडते, त्यांच्यामधील अंतराळातून प्रचंड विद्युत प्रवाह चालवते. या प्रवाहांमुळे इलेक्ट्रॉन ऊर्जावान होतात, आणि परिणामी ECMI दीर्घ-कालावधीचे रेडिओ स्फोट निर्माण करते ज्याने खगोलशास्त्रज्ञांना गोंधळात टाकले आहे. सिम्युलेशन दर्शवितात की दोन तार्यांचे सिंक्रोनाइझेशन महत्त्वपूर्ण आहे—प्रत्येक कक्षा अस्थिरता ट्रिगर करते आणि एक स्पंदन निर्माण करते.

व्हाइट ड्वार्फ–एम ड्वार्फ कनेक्शन

व्हाइट ड्वार्फ हे सूर्यासारख्या तार्यांचे घन, संक्षिप्त अवशेष आहेत ज्यांनी त्यांचे आण्विक इंधन संपवले आहे. एम बटू, ज्यांना एम-प्रकारचे लाल बटू देखील म्हणतात, सर्वात लहान आणि थंड मुख्य-अनुक्रम तार्यांपैकी आहेत. जवळच्या बायनरीमध्ये जोडलेले असताना, त्यांची चुंबकीय क्षेत्रे नाट्यमय मार्गांनी संवाद साधतात.

नवीन संशोधनानुसार, व्हाइट ड्वार्फच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या रेषा त्याच्या एम बटू साथीदारापेक्षा खूपच मजबूत आहेत, आणि त्या रेडिओ उत्सर्जन निर्माण करण्यात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. एम बटू व्हाइट ड्वार्फच्या चुंबकीय क्षेत्रातून फिरत असताना, ते चुंबकीय जनरेटरमधून फिरणाऱ्या कंडक्टरसारखे कार्य करते, एक प्रचंड प्रवाह निर्माण करते. हा प्रवाह चुंबकीय क्षेत्राच्या रेषांसोबत वाहतो आणि ECMI ला शक्ती देतो.

परिणामी एक सुसंगत रेडिओ किरण तयार होतो जो दीपगृहाप्रमाणे अंतराळात झाडतो. प्रत्येक वेळी बायनरी कक्षा पूर्ण करते, तेव्हा किरण पृथ्वीकडे निर्देशित होतो, एक नियमित स्पंदन निर्माण करतो. हे स्पष्ट करते की निरीक्षण केलेले स्फोट दर काही मिनिटांनी का पुनरावृत्ती होतात, बायनरी जोडीच्या कक्षीय कालावधीशी जुळतात.

मासर इंजिनचे सिम्युलेशन

द अॅस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्समध्ये प्रकाशित झालेल्या या अभ्यासाचे नेतृत्व यिसी झोंग, शेरमन फेअरचाइल्ड पोस्टडॉक्टोरल स्कॉलर रिसर्च असोसिएट इन थिअरेटिकल अॅस्ट्रोफिजिक्स, आणि एलियास आर. मोस्ट, असिस्टंट प्रोफेसर ऑफ थिअरेटिकल अॅस्ट्रोफिजिक्स आणि विल्यम एच. हर्ट स्कॉलर यांनी केले. दोघेही थिअरेटिकल अॅस्ट्रोफिजिक्स इन्क्लुडिंग रिलेटिव्हिटी अँड कॉस्मॉलॉजी गट आणि कॅल्टेक येथील वॉल्टर बर्क इन्स्टिट्यूट फॉर थिअरेटिकल फिजिक्सचे सदस्य आहेत.

झोंग आणि मोस्ट यांनी सुपरकॉम्प्युटर सिम्युलेशन तयार केले ज्यांनी प्रथमच, या बायनरी जोड्या अंतराळात पाठवत असलेल्या मासरला कसे शक्ती देतात याचे स्पष्ट, शेवटपर्यंत चित्र प्रदान केले. मॉडेल्सनी तार्यांमधील प्रवाह आणि परिणामी रेडिओ उत्सर्जनाचा मागोवा घेतला, हे दर्शविते की ECMI खरोखरच दुर्बिणींनी पाहिलेल्या दीर्घ-कालावधीच्या स्फोटांसाठी जबाबदार आहे.

या निष्कर्षांमुळे खगोलशास्त्रज्ञांना परस्परसंवादी व्हाइट ड्वार्फ असलेल्या बायनरी प्रणालींमधून रेडिओ उत्सर्जन समजून घेण्यासाठी एक थेट संगणकीय फ्रेमवर्क मिळते. पूर्वी, संशोधकांना अप्रत्यक्ष अनुमान आणि सरलीकृत मॉडेल्सवर अवलंबून राहावे लागले. नवीन दृष्टीकोन समान प्रणालींच्या वर्तनाचा अंदाज लावण्यासाठी आणि भविष्यातील निरीक्षणांचा अर्थ लावण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो.

एक परिचित नमुना: गुरू आणि आयो

विशेष म्हणजे, व्हाइट ड्वार्फ–एम ड्वार्फ बायनरीमधील रेडिओ स्फोट गुरू प्रणालीमध्ये पाहिल्या जाणाऱ्या ग्रहांच्या रेडिओ उत्सर्जनाशी जोरदार साम्य दर्शवतात. खगोलशास्त्रज्ञांनी प्रथम ते स्फोट 1955 मध्ये पाहिले आणि ते कशामुळे होतात हे स्पष्ट करण्यासाठी वर्षानुवर्षे घालवली. 1969 मध्ये, कॅल्टेक शास्त्रज्ञ पीटर गोल्डरेच, प्रोफेसर ली ए. डुब्रिज आणि डोनाल्ड लिंडेन-बेल यांनी कोड्याचा काही भाग सोडवला. त्यांनी प्रस्तावित केले की गुरू आणि त्याचा सर्वात आतील गॅलिलियन चंद्र आयो यांच्यामध्ये एक शक्तिशाली विद्युत प्रवाह वाहतो, जेव्हा चंद्र गुरूच्या चुंबकीय क्षेत्रातून फिरतो.

त्यांच्या सिद्धांतानुसार, आयोच्या कक्षीय गतीमुळे आयोला गुरूच्या मॅग्नेटोस्फियरशी जोडणाऱ्या नळीच्या आकारात दशलक्ष अँपिअरचा विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. ती भविष्यवाणी नंतर थेट उपग्रह प्रतिमेद्वारे पुष्टी झाली. इतर संशोधनांनी दर्शविले की तत्सम प्रक्रिया तारकीय बायनरी प्रणालींमध्ये कशा कार्य करू शकतात, परंतु नवीन सिम्युलेशन उत्सर्जन कसे तयार होते याचे आतापर्यंतचे सर्वात तपशीलवार चित्र प्रदान करतात.

सिम्युलेशन काय प्रकट करतात

सिम्युलेशन दीर्घ-कालावधीच्या रेडिओ स्फोटांच्या निर्मितीमध्ये अनेक मुख्य अंतर्दृष्टी देतात:

• व्हाइट ड्वार्फचे चुंबकीय क्षेत्र हे मासर उत्सर्जनाचे प्राथमिक चालक आहे, एम ड्वार्फचे नाही.
• इलेक्ट्रॉन सायक्लोट्रॉन मासर अस्थिरता या बायनरी प्रणालींमध्ये नैसर्गिकरित्या उद्भवते जेव्हा तार्यांमधील प्रवाह गंभीर थ्रेशोल्डपर्यंत पोहोचतो.
• बायनरीचा कक्षीय कालावधी रेडिओ स्पंदनांचा पुनरावृत्ती दर सेट करतो, निरीक्षण केलेल्या काही मिनिटांच्या अंतराला स्पष्ट करतो.
• रेडिओ उत्सर्जन अत्यंत दिशात्मक आहे, म्हणूनच आपण या स्फोटांचा शोध फक्त तेव्हाच घेतो जेव्हा किरण पृथ्वीला ओलांडतो.

हे कार्य संगणकीय खगोलभौतिकशास्त्राची शक्ती देखील दर्शवते. सुपरकॉम्प्युटर सिम्युलेशनसह, संशोधक प्रयोगशाळेत पुन्हा तयार करण्यासाठी खूपच अत्यंत वातावरणाचा शोध घेऊ शकतात आणि खगोलीय कालावधीत उलगडणाऱ्या घटनांचा अभ्यास करू शकतात. कॅल्टेक टीमचे मॉडेल इतर बायनरी कॉन्फिगरेशनशी जुळवून घेतले जाऊ शकते, संभाव्यतः कॉस्मिक मासरचे अधिक स्रोत प्रकट करते.

भविष्यातील निरीक्षणांसाठी परिणाम

आगामी रेडिओ वेधशाळा अधिक संवेदनशीलतेसह आकाश स्कॅन करत असल्याने, त्यांना यापैकी अधिक रोमांचक प्रणाली सापडण्याची शक्यता आहे. दीर्घ-कालावधीचे रेडिओ क्षणिक अनेक वर्षांपासून निरीक्षणात्मक रहस्य आहेत, आणि त्यांना व्हाइट ड्वार्फ–एम ड्वार्फ बायनरीमधील ECMI शी जोडणे एक सुसंगत स्पष्टीकरण देते जे भविष्यातील निरीक्षणांसह चाचणी केली जाऊ शकते.

नवीन सिम्युलेशन एक भविष्यसूचक साधन देखील प्रदान करतात. ज्ञात बायनरी प्रणालीतून अपेक्षित रेडिओ उत्सर्जनाचे मॉडेलिंग करून, खगोलशास्त्रज्ञ निरीक्षणांची सैद्धांतिक अंदाजांशी तुलना करू शकतात आणि कोणत्या प्रणाली मासर निर्माण करण्याची शक्यता आहे हे ओळखू शकतात. हे फॉलो-अप निरीक्षणांसाठी लक्ष्यांना प्राधान्य देण्यास मदत करू शकते आणि यापैकी अधिक कॉस्मिक रेडिओ लेसर शोधण्यास कारणीभूत ठरू शकते.

व्यापक संदर्भात, बायनरी तारे सुसंगत रेडिओ उत्सर्जन कसे निर्माण करतात हे समजून घेणे अत्यंत वातावरणातील मूलभूत प्लाझ्मा भौतिकशास्त्रावर प्रकाश टाकते. हे तारकीय खगोलभौतिकशास्त्राला ग्रहांच्या विज्ञानाशी देखील जोडते, कारण तारा प्रणालींमध्ये रेडिओ स्फोट निर्माण करणाऱ्या समान प्रक्रिया आपल्या स्वतःच्या सौर मालिकेत, गुरू आणि त्याच्या चंद्र आयो दरम्यान कार्यरत आहेत.

कॅल्टेक अभ्यास शास्त्रज्ञांना या सिंक्रोनाइज्ड तारकीय रेडिओ स्पंदनांचे रहस्य उलगडण्याच्या दिशेने एक मोठे पाऊल पुढे आणतो. मासर यंत्रणेचे तपशीलवार मॉडेल करण्याच्या नवीन क्षमतेसह, विश्वाचे रेडिओ लेसर आता इतके गूढ नाहीत—ते फक्त शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रांच्या प्रभावाखाली तारे एकत्र फिरण्याचा आणखी एक परिणाम आहेत.

हा लेख युनिव्हर्स टुडेच्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.