ஒத்திசைந்த நட்சத்திர இணைகள் அண்ட ரேடியோ லேசர்களை எவ்வாறு இயக்குகின்றன

பல தசாப்தங்களாக, வானியலாளர்கள் ஆழமான விண்வெளியில் இருந்து வரும் மர்மமான ரேடியோ துடிப்புகளைக் கண்டறிந்துள்ளனர். மிகவும் புதிரானவை ஒவ்வொரு சில நிமிடங்களுக்கும் ஒளிரும் இரும விண்மீன் அமைப்புகளிலிருந்து வருகின்றன—இது வழக்கமான பல்சர்களின் விரைவான துடிப்புகளை விட மிக மெதுவானது. இப்போது, கால்டெக்கின் ஆராய்ச்சியாளர்கள், ஒத்திசைந்த நட்சத்திர இணைகள் இந்த நீண்ட கால அண்ட ரேடியோ வெடிப்புகளை எவ்வாறு உருவாக்குகின்றன என்பதை சூப்பர் கம்ப்யூட்டர் உருவகப்படுத்துதல்கள் மூலம் சரியாகக் காட்டியுள்ளனர்.

மெதுவான அண்ட துடிப்பு

பெரும்பாலான ரேடியோ பல்சர்கள் நியூட்ரான் நட்சத்திரங்கள் ஆகும், அவை நம்பமுடியாத வேகத்தில் சுழன்று, ஒவ்வொரு நொடியின் ஒரு பகுதியிலும் பூமியை நோக்கி கதிர்வீச்சு கற்றைகளை வீசுகின்றன. ஆனால் இந்த புதிய ஆய்வில் உள்ள பொருள்கள் மிக நீண்ட கால அளவில் துடிக்கின்றன, ஒவ்வொரு சில நிமிடங்களுக்கும் வழக்கமான வெடிப்புகளை வெளியிடுகின்றன. இந்த தீவிர கற்றைகள் சாதாரண ரேடியோ அலைகள் அல்ல, ஆனால் மேசர்கள்—லேசர்களின் ரேடியோ சமமானவை—தீவிர நிலைமைகளின் கீழ் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன.

இதுவரை, இந்த நீண்ட கால வெடிப்புகள் ஒரு வெள்ளை குள்ளம் மற்றும் ஒரு M-வகை சிவப்பு குள்ளத்தை உள்ளடக்கிய இரும அமைப்புகளுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளதாக விஞ்ஞானிகள் சந்தேகித்தனர். இரண்டு நட்சத்திரங்களும் ஒன்றையொன்று இறுக்கமான ஈர்ப்பு நடனத்தில் சுற்றுகின்றன, மேலும் அவற்றின் ஒத்திசைந்த தொடர்பு ரேடியோ உமிழ்வை பெருக்கும் என்று கருதப்பட்டது. இருப்பினும், மேசர் செயல்பாட்டின் பின்னணியில் உள்ள சரியான இயற்பியல் செயல்முறை தெளிவாக இல்லை.

ஒரு அண்ட ரேடியோ லேசர் விளக்கப்பட்டது

மேசர்கள் மைக்ரோவேவ் அல்லது ரேடியோ கதிர்வீச்சின் இயற்கையான பெருக்கிகள் ஆகும். விண்வெளியில், அவை பெரும்பாலும் ஆற்றல்மிக்க துகள்கள் காந்தப்புலக் கோடுகளுடன் சுழன்று ஒத்திசைந்த ஆற்றல் வெடிப்புகளை வெளியிடும் பகுதிகளில் காணப்படுகின்றன. இந்த உமிழ்வுகளுக்குப் பின்னால் உள்ள வழிமுறை எலக்ட்ரான் சைக்ளோட்ரான் மேசர் நிலைப்பாடின்மை அல்லது ECMI என அழைக்கப்படுகிறது. எலக்ட்ரான்கள் ஒரு காந்தப்புலத்தில் முடுக்கப்படும்போது, அவை புலக் கோடுகளைச் சுற்றியுள்ள அவற்றின் சுழற்சியுடன் தொடர்புடைய ஒரு சிறப்பியல்பு அதிர்வெண்ணில் கதிர்வீச்சை வெளியிடுகின்றன. சில நிபந்தனைகளின் கீழ், இந்த உமிழ்வு ஒரு சக்திவாய்ந்த, குவிந்த கற்றையாக பெருக்கப்படுகிறது.

புதிதாக உருவகப்படுத்தப்பட்ட இரும அமைப்புகளில், வெள்ளை குள்ளத்தின் காந்தப்புலம் மேலாதிக்க சக்தியாகும். இரண்டு நட்சத்திரங்களும் சுற்றும்போது அது M குள்ளத்தைக் கடந்து செல்கிறது, அவற்றுக்கிடையேயான இடைவெளி வழியாக மிகப்பெரிய மின்சார நீரோட்டங்களை இயக்குகிறது. இந்த நீரோட்டங்கள் எலக்ட்ரான்களை ஆற்றல்மிக்கதாக்குகின்றன, இதன் விளைவாக வரும் ECMI வானியலாளர்களை குழப்பிய நீண்ட கால ரேடியோ துடிப்புகளை உருவாக்குகிறது. இரண்டு நட்சத்திரங்களின் ஒத்திசைவு முக்கியமானது என்பதை உருவகப்படுத்துதல்கள் காட்டுகின்றன—ஒவ்வொரு சுற்றும் நிலைப்பாடின்மையைத் தூண்டி ஒரு துடிப்பை உருவாக்குகிறது.

வெள்ளை குள்ளம்–M குள்ள இணைப்பு

வெள்ளை குள்ளங்கள் சூரியனைப் போன்ற நட்சத்திரங்களின் அடர்த்தியான, சிறிய எச்சங்கள் ஆகும், அவை அவற்றின் அணு எரிபொருளை தீர்ந்துவிட்டன. M குள்ளங்கள், M-வகை சிவப்பு குள்ளங்கள் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன, அவை மிகச் சிறிய மற்றும் குளிர்ந்த முக்கிய வரிசை நட்சத்திரங்களில் அடங்கும். நெருக்கமான இரும அமைப்பில் இணைந்தால், அவற்றின் காந்தப்புலங்கள் வியத்தகு முறையில் தொடர்பு கொள்கின்றன.

புதிய ஆராய்ச்சியின் படி, வெள்ளை குள்ளத்தின் காந்தப்புலக் கோடுகள் அதன் M குள்ள துணையை விட மிகவும் வலிமையானவை, மேலும் அவை ரேடியோ உமிழ்வை உருவாக்குவதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. M குள்ளம் வெள்ளை குள்ளத்தின் காந்தப்புலத்தின் வழியாக நகரும் போது, அது ஒரு காந்த ஜெனரேட்டர் வழியாக நகரும் ஒரு கடத்தியைப் போல செயல்படுகிறது, ஒரு மிகப்பெரிய மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. இந்த மின்னோட்டம் காந்தப்புலக் கோடுகளுடன் பாய்ந்து ECMI ஐ இயக்குகிறது.

இதன் விளைவாக ஒரு ஒத்திசைந்த ரேடியோ கற்றை ஒரு கலங்கரை விளக்கைப் போல விண்வெளியில் வீசுகிறது. ஒவ்வொரு முறை இரும அமைப்பு ஒரு சுற்றை நிறைவு செய்யும் போதும், கற்றை பூமியை நோக்கி சுட்டிக்காட்டி, ஒரு வழக்கமான துடிப்பை உருவாக்குகிறது. இது கவனிக்கப்பட்ட வெடிப்புகள் ஒவ்வொரு சில நிமிடங்களுக்கும் ஏன் மீண்டும் நிகழ்கின்றன என்பதை விளக்குகிறது, இது இரும இணையின் சுற்று காலத்துடன் பொருந்துகிறது.

மேசர் இயந்திரத்தை உருவகப்படுத்துதல்

தி அஸ்ட்ரோபிசிகல் ஜர்னல் லெட்டர்ஸில் வெளியிடப்பட்ட இந்த ஆய்வு, ஷெர்மன் ஃபேர்சைல்ட் போஸ்ட்டாக்டோரல் ஸ்காலர் ரிசர்ச் அசோசியேட் இன் தியரிட்டிகல் அஸ்ட்ரோபிசிக்ஸ் ஆன யிசி ஜோங் மற்றும் தியரிட்டிகல் அஸ்ட்ரோபிசிக்ஸ் உதவி பேராசிரியரும் வில்லியம் எச். ஹர்ட் ஸ்காலருமான எலியாஸ் ஆர். மோஸ்ட் ஆகியோரால் வழிநடத்தப்பட்டது. இருவரும் கால்டெக்கில் உள்ள தியரிட்டிகல் அஸ்ட்ரோபிசிக்ஸ் இன்க்ளூடிங் ரிலேட்டிவிட்டி அண்ட் காஸ்மாலஜி குழு மற்றும் வால்டர் பர்க் இன்ஸ்டிடியூட் ஃபார் தியரிட்டிகல் இயற்பியல் ஆகியவற்றின் உறுப்பினர்கள்.

ஜோங் மற்றும் மோஸ்ட் சூப்பர் கம்ப்யூட்டர் உருவகப்படுத்துதல்களை உருவாக்கினர், அவை முதல் முறையாக, இந்த இரும இணைகள் அவை விண்வெளியில் செலுத்தும் மேசர்களை எவ்வாறு இயக்குகின்றன என்பதற்கான தெளிவான, இறுதி முதல் இறுதி வரையிலான படத்தை வழங்கின. மாதிரிகள் நட்சத்திரங்களுக்கிடையேயான மின்னோட்டத்தின் ஓட்டத்தையும் அதன் விளைவாக வரும் ரேடியோ உமிழ்வையும் கண்காணித்தன, நீண்ட கால வெடிப்புகளுக்கு ECMI தான் காரணம் என்பதை நிரூபித்தன.

இந்த கண்டுபிடிப்புகள் வானியலாளர்களுக்கு ஒரு தொடர்பு கொள்ளும் வெள்ளை குள்ளத்தைக் கொண்ட இரும அமைப்புகளிலிருந்து ரேடியோ உமிழ்வைப் புரிந்துகொள்வதற்கான நேரடி கணக்கீட்டு கட்டமைப்பை வழங்குகின்றன. முன்னதாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் மறைமுக அனுமானங்கள் மற்றும் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட மாதிரிகளை நம்பியிருக்க வேண்டியிருந்தது. புதிய அணுகுமுறை ஒத்த அமைப்புகளின் நடத்தையை கணிக்கவும் எதிர்கால அவதானிப்புகளை விளக்கவும் பயன்படுத்தப்படலாம்.

ஒரு பழக்கமான முறை: வியாழன் மற்றும் ஐஓ

சுவாரஸ்யமாக, வெள்ளை குள்ளம்–M குள்ள இருமங்களிலிருந்து வரும் ரேடியோ துடிப்புகள் வியாழன் அமைப்பில் காணப்படும் கிரக ரேடியோ உமிழ்வுகளுடன் வலுவான ஒற்றுமையைக் கொண்டுள்ளன. வானியலாளர்கள் முதன்முதலில் 1955 இல் அந்த வெடிப்புகளைக் கவனித்தனர், அவற்றை இயக்குவது எது என்பதை விளக்க பல ஆண்டுகள் செலவிட்டனர். 1969 இல், கால்டெக் விஞ்ஞானிகள் பீட்டர் கோல்ட்ரீச், பேராசிரியர் லீ ஏ. டுபிரிட்ஜ் மற்றும் டொனால்ட் லிண்டன்-பெல் ஆகியோர் புதிரின் ஒரு பகுதியைத் தீர்த்தனர். சந்திரன் வியாழனின் காந்தப்புலத்தைக் கடந்து செல்லும்போது, வியாழனுக்கும் அதன் உள் கலிலியன் சந்திரனான ஐஓவுக்கும் இடையே ஒரு சக்திவாய்ந்த மின்சாரம் பாய்கிறது என்று அவர்கள் முன்மொழிந்தனர்.

அவர்களின் கோட்பாட்டின் படி, ஐஓவின் சுற்று இயக்கம் ஒரு மில்லியன் ஆம்பியர் மின்சார ஓட்டத்தை உருவாக்குகிறது, இது ஐஓவை வியாழனின் காந்த மண்டலத்துடன் இணைக்கும் குழாய் வடிவத்தில் உள்ளது. அந்த கணிப்பு பின்னர் நேரடி செயற்கைக்கோள் இமேஜிங் மூலம் உறுதிப்படுத்தப்பட்டது. மற்ற ஆராய்ச்சிகள் இதே போன்ற செயல்முறைகள் நட்சத்திர இரும அமைப்புகளில் எவ்வாறு செயல்படக்கூடும் என்பதை நிரூபித்தன, ஆனால் புதிய உருவகப்படுத்துதல்கள் உமிழ்வு எவ்வாறு உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது என்பதற்கான மிக விரிவான படத்தை இன்னும் வழங்குகின்றன.

உருவகப்படுத்துதல்கள் வெளிப்படுத்துவது

உருவகப்படுத்துதல்கள் நீண்ட கால ரேடியோ வெடிப்புகளின் உருவாக்கத்தில் பல முக்கிய நுண்ணறிவுகளை வழங்குகின்றன:

• வெள்ளை குள்ளத்தின் காந்தப்புலம் மேசர் உமிழ்வின் முதன்மை இயக்கி, M குள்ளத்தின் அல்ல.
• எலக்ட்ரான் சைக்ளோட்ரான் மேசர் நிலைப்பாடின்மை இந்த இரும அமைப்புகளில் இயற்கையாகவே நிகழ்கிறது, நட்சத்திரங்களுக்கிடையே பாயும் மின்னோட்டம் ஒரு முக்கியமான வரம்பை அடையும் போது.
• இருமத்தின் சுற்று காலம் ரேடியோ துடிப்புகளின் மறுநிகழ்வு விகிதத்தை அமைக்கிறது, இது சில நிமிடங்களின் கவனிக்கப்பட்ட இடைவெளிகளை விளக்குகிறது.
• ரேடியோ உமிழ்வு மிகவும் திசை சார்ந்தது, அதனால்தான் கற்றை பூமியைக் கடக்கும்போது மட்டுமே இந்த வெடிப்புகளை நாம் கண்டறிய முடிகிறது.

இந்த வேலை கணக்கீட்டு வானியற்பியலின் சக்தியையும் நிரூபிக்கிறது. சூப்பர் கம்ப்யூட்டர் உருவகப்படுத்துதல்களுடன், ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆய்வகத்தில் மீண்டும் உருவாக்க முடியாத அளவுக்கு தீவிரமான சூழல்களை ஆராயலாம் மற்றும் வானியல் கால அளவுகளில் விரியும் நிகழ்வுகளை ஆய்வு செய்யலாம். கால்டெக் குழுவின் மாதிரியை மற்ற இரும உள்ளமைவுகளுக்கு மாற்றியமைக்க முடியும், இது அண்ட மேசர்களின் கூடுதல் மூலங்களை வெளிப்படுத்தக்கூடும்.

எதிர்கால அவதானிப்புகளுக்கான தாக்கங்கள்

வரவிருக்கும் ரேடியோ ஆய்வகங்கள் அதிக உணர்திறனுடன் வானத்தை ஸ்கேன் செய்வதால், அவை இந்த சுவாரஸ்யமான அமைப்புகளில் மேலும் பலவற்றைக் கண்டறிய வாய்ப்புள்ளது. நீண்ட கால ரேடியோ நிலையற்றவை பல ஆண்டுகளாக ஒரு அவதானிப்பு மர்மமாக இருந்து வருகின்றன, அவற்றை வெள்ளை குள்ளம்–M குள்ள இருமங்களில் ECMI உடன் இணைப்பது எதிர்கால அவதானிப்புகளுடன் சோதிக்கக்கூடிய ஒரு ஒத்திசைவான விளக்கத்தை வழங்குகிறது.

புதிய உருவகப்படுத்துதல்கள் ஒரு முன்கணிப்பு கருவியையும் வழங்குகின்றன. அறியப்பட்ட இரும அமைப்பிலிருந்து எதிர்பார்க்கப்படும் ரேடியோ உமிழ்வை மாதிரியாக்குவதன் மூலம், வானியலாளர்கள் அவதானிப்புகளை கோட்பாட்டு கணிப்புகளுடன் ஒப்பிட்டு, எந்த அமைப்புகள் மேசர்களை உருவாக்க வாய்ப்புள்ளது என்பதை அடையாளம் காணலாம். இது பின்தொடர்தல் அவதானிப்புகளுக்கான இலக்குகளுக்கு முன்னுரிமை அளிக்க உதவும் மற்றும் இந்த அண்ட ரேடியோ லேசர்களில் மேலும் பலவற்றைக் கண்டறிய வழிவகுக்கும்.

பரந்த சூழலில், இரும நட்சத்திரங்கள் எவ்வாறு ஒத்திசைந்த ரேடியோ உமிழ்வை உருவாக்குகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வது தீவிர சூழல்களில் அடிப்படை பிளாஸ்மா இயற்பியல் மீது வெளிச்சம் போடுகிறது. இது நட்சத்திர வானியற்பியலை கிரக அறிவியலுடன் இணைக்கிறது, ஏனெனில் நட்சத்திர அமைப்புகளில் ரேடியோ வெடிப்புகளை உருவாக்கும் அதே செயல்முறைகள் நமது சொந்த சூரிய மண்டலத்தில், வியாழன் மற்றும் அதன் சந்திரன் ஐஓவுக்கு இடையில் செயல்படுகின்றன.

கால்டெக் ஆய்வு விஞ்ஞானிகளை இந்த ஒத்திசைந்த நட்சத்திர ரேடியோ துடிப்புகளின் மர்மத்தை அவிழ்ப்பதற்கு ஒரு பெரிய படி நெருக்கமாக கொண்டு வந்துள்ளது. மேசர் பொறிமுறையை விரிவாக மாதிரியாக்கும் புதிய திறனுடன், பிரபஞ்சத்தின் ரேடியோ லேசர்கள் இனி அவ்வளவு மர்மமானவை அல்ல—அவை சக்திவாய்ந்த காந்தப்புலங்களின் செல்வாக்கின் கீழ் நட்சத்திரங்கள் ஒத்திசைவாக நகர்வதன் மற்றொரு விளைவு மட்டுமே.

இந்த கட்டுரை யுனிவர்ஸ் டுடேயின் அறிக்கையின் அடிப்படையில் அமைந்துள்ளது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.