तेज़ रेडियो विस्फोट न्यूट्रॉन सितारों और संभवतः ब्लैक होल जैसी बेहद कॉम्पैक्ट वस्तुओं द्वारा उत्सर्जित रेडियो तरंगों के संक्षिप्त और शानदार विस्फोट हैं। ये क्षणभंगुर आतिशबाजी एक सेकंड के हजारवें हिस्से तक ही चलती है और भारी मात्रा में ऊर्जा ले जा सकती है – जो पूरी आकाशगंगाओं को कुछ समय के लिए मात देने के लिए पर्याप्त है।
2007 में पहली फास्ट रेडियो बर्स्ट (एफआरबी) की खोज के बाद से, खगोलविदों ने हजारों एफआरबी का पता लगाया है, जिनका स्थान हमारी अपनी आकाशगंगा के भीतर से लेकर 8 अरब प्रकाश वर्ष दूर तक है। वास्तव में ये कॉस्मिक रेडियो फ़्लेयर कैसे लॉन्च किए जाते हैं, यह एक बेहद विवादित अज्ञात विषय है।
अब, एमआईटी के खगोलविदों ने एक नई तकनीक का उपयोग करके कम से कम एक तेज़ रेडियो विस्फोट की उत्पत्ति का पता लगाया है जो अन्य एफआरबी के लिए भी ऐसा कर सकता है। अपने नए अध्ययन में, आज जर्नल में छप रहा है प्रकृतिटीम ने FRB 20221022A पर ध्यान केंद्रित किया – एक पहले खोजा गया तेज़ रेडियो विस्फोट जिसे लगभग 200 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर एक आकाशगंगा से पता लगाया गया था।
टीम ने रात के आकाश में तारे कैसे चमकते हैं, इसके समान “जगमगाहट” का विश्लेषण करके रेडियो सिग्नल का सटीक स्थान निर्धारित करने के लिए और अधिक ध्यान केंद्रित किया। वैज्ञानिकों ने एफआरबी की चमक में बदलावों का अध्ययन किया और निर्धारित किया कि विस्फोट की उत्पत्ति इसके स्रोत के तत्काल आसपास से हुई होगी, न कि बहुत दूर से, जैसा कि कुछ मॉडलों ने भविष्यवाणी की है।
टीम का अनुमान है कि FRB 20221022A एक ऐसे क्षेत्र से विस्फोट हुआ जो घूमते हुए न्यूट्रॉन तारे के बेहद करीब है, अधिकतम 10,000 किलोमीटर दूर है। यह न्यूयॉर्क और सिंगापुर के बीच की दूरी से भी कम है। इतनी नज़दीकी सीमा पर, विस्फोट संभवतः न्यूट्रॉन तारे के मैग्नेटोस्फीयर से निकला – अल्ट्राकॉम्पैक्ट तारे के तुरंत आसपास का एक अत्यधिक चुंबकीय क्षेत्र।
टीम के निष्कर्ष पहला निर्णायक सबूत प्रदान करते हैं कि एक तेज़ रेडियो विस्फोट मैग्नेटोस्फीयर से उत्पन्न हो सकता है, जो अत्यधिक कॉम्पैक्ट वस्तु के आसपास का अत्यधिक चुंबकीय वातावरण है।
“न्यूट्रॉन सितारों के इन वातावरणों में, चुंबकीय क्षेत्र वास्तव में उस सीमा पर हैं जो ब्रह्मांड उत्पन्न कर सकता है,” एमआईटी के कावली इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोफिजिक्स एंड स्पेस रिसर्च में पोस्टडॉक प्रमुख लेखक केंज़ी निम्मो कहते हैं। “इस बात पर बहुत बहस हुई है कि क्या यह चमकीला रेडियो उत्सर्जन उस चरम प्लाज्मा से भी बच सकता है।”
एमआईटी में भौतिकी के एसोसिएट प्रोफेसर कियोशी मासुई कहते हैं, “इन अत्यधिक चुंबकीय न्यूट्रॉन सितारों के आसपास, जिन्हें मैग्नेटर भी कहा जाता है, परमाणु मौजूद नहीं हो सकते हैं – वे चुंबकीय क्षेत्र से अलग हो जाएंगे।” “यहाँ रोमांचक बात यह है कि, हम पाते हैं कि स्रोत के करीब, उन चुंबकीय क्षेत्रों में संग्रहीत ऊर्जा इस तरह से घूम रही है और पुन: कॉन्फ़िगर हो रही है कि इसे रेडियो तरंगों के रूप में जारी किया जा सकता है जिसे हम पूरे ब्रह्मांड में आधे रास्ते में देख सकते हैं।”
अध्ययन के एमआईटी सह-लेखकों में एडम लैनमैन, शियोन एंड्रयू, डेनियल मिचिल्ली और कैटिलिन शिन के साथ-साथ कई संस्थानों के सहयोगी शामिल हैं।
फटने का आकार
कैनेडियन हाइड्रोजन इंटेंसिटी मैपिंग एक्सपेरिमेंट (CHIME) के कारण, हाल के वर्षों में तेज़ रेडियो विस्फोटों का पता लगाने में तेजी आई है। रेडियो टेलीस्कोप सरणी में चार बड़े, स्थिर रिसीवर शामिल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक आधे पाइप के आकार का होता है, जो कि तेज़ रेडियो विस्फोटों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील सीमा के भीतर रेडियो उत्सर्जन का पता लगाने के लिए ट्यून किया जाता है।
2020 से, CHIME ने पूरे ब्रह्मांड से हजारों FRB का पता लगाया है। जबकि वैज्ञानिक आम तौर पर सहमत हैं कि विस्फोट बेहद कॉम्पैक्ट वस्तुओं से उत्पन्न होते हैं, एफआरबी को चलाने वाली सटीक भौतिकी अस्पष्ट है। कुछ मॉडल भविष्यवाणी करते हैं कि तेज रेडियो विस्फोट एक कॉम्पैक्ट वस्तु के आसपास के अशांत मैग्नेटोस्फीयर से आने चाहिए, जबकि अन्य भविष्यवाणी करते हैं कि विस्फोट एक शॉकवेव के हिस्से के रूप में, जो केंद्रीय वस्तु से दूर फैलता है, बहुत दूर से आना चाहिए।
दो परिदृश्यों के बीच अंतर करने के लिए, और यह निर्धारित करने के लिए कि तेज़ रेडियो विस्फोट कहाँ से उत्पन्न होते हैं, टीम ने जगमगाहट पर विचार किया – वह प्रभाव जो तब होता है जब एक तारे जैसे छोटे उज्ज्वल स्रोत से प्रकाश, आकाशगंगा की गैस जैसे किसी माध्यम से फ़िल्टर होता है। जैसे ही तारे का प्रकाश गैस के माध्यम से फ़िल्टर होता है, यह इस तरह से झुकता है कि दूर के पर्यवेक्षक को ऐसा प्रतीत होता है, जैसे तारा टिमटिमा रहा हो। कोई वस्तु जितनी छोटी या जितनी दूर होगी वह उतनी ही अधिक टिमटिमाती है। हमारे अपने सौर मंडल के ग्रहों जैसी बड़ी या नज़दीकी वस्तुओं से आने वाली रोशनी कम झुकती है, और इसलिए टिमटिमाती हुई दिखाई नहीं देती है।
टीम ने तर्क दिया कि यदि वे एफआरबी की जगमगाहट की डिग्री का अनुमान लगा सकते हैं, तो वे उस क्षेत्र के सापेक्ष आकार का निर्धारण कर सकते हैं जहां से एफआरबी की उत्पत्ति हुई है। यह क्षेत्र जितना छोटा होगा, विस्फोट अपने स्रोत के उतना ही करीब होगा और इसके चुंबकीय रूप से अशांत वातावरण से आने की संभावना उतनी ही अधिक होगी। क्षेत्र जितना बड़ा होगा, विस्फोट उतना ही दूर होगा, जिससे इस विचार को समर्थन मिलता है कि एफआरबी दूर के झटके से उत्पन्न होते हैं।
ट्विंकल पैटर्न
अपने विचार का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने FRB 20221022A को देखा, एक तेज़ रेडियो विस्फोट जिसे 2022 में CHIME द्वारा पता लगाया गया था। सिग्नल लगभग दो मिलीसेकंड तक चलता है, और इसकी चमक के मामले में यह अपेक्षाकृत रन-ऑफ-द-मिल FRB है। हालाँकि, मैकगिल विश्वविद्यालय में टीम के सहयोगियों ने पाया कि FRB 20221022A ने एक असाधारण गुण प्रदर्शित किया: विस्फोट से प्रकाश अत्यधिक ध्रुवीकृत था, ध्रुवीकरण के कोण के साथ एक चिकनी एस-आकार का वक्र बना हुआ था। इस पैटर्न की व्याख्या इस बात के प्रमाण के रूप में की जाती है कि एफआरबी उत्सर्जन स्थल घूम रहा है – एक विशेषता जो पहले पल्सर में देखी गई थी, जो अत्यधिक चुंबकीय होते हैं, घूमते हुए न्यूट्रॉन तारे होते हैं।
तेज़ रेडियो विस्फोटों में समान ध्रुवीकरण देखना पहली बार था, जिससे पता चलता है कि संकेत न्यूट्रॉन तारे के नज़दीक से उत्पन्न हुआ होगा। मैकगिल टीम के परिणाम आज एक सहयोगी पेपर में रिपोर्ट किए गए हैं प्रकृति.
एमआईटी टीम को एहसास हुआ कि यदि एफआरबी 20221022ए की उत्पत्ति न्यूट्रॉन तारे के करीब से हुई है, तो उन्हें जगमगाहट का उपयोग करके इसे साबित करने में सक्षम होना चाहिए।
अपने नए अध्ययन में, निम्मो और उनके सहयोगियों ने CHIME से डेटा का विश्लेषण किया और चमक में भारी भिन्नता देखी जो जगमगाहट का संकेत देती थी – दूसरे शब्दों में, FRB टिमटिमा रहा था। उन्होंने पुष्टि की कि दूरबीन और एफआरबी के बीच कहीं गैस है जो रेडियो तरंगों को मोड़ रही है और फ़िल्टर कर रही है। इसके बाद टीम ने यह निर्धारित किया कि यह गैस कहां स्थित हो सकती है, जिससे पुष्टि हुई कि एफआरबी की मेजबान आकाशगंगा के भीतर की गैस देखी गई कुछ जगमगाहट के लिए जिम्मेदार थी। इस गैस ने एक प्राकृतिक लेंस के रूप में काम किया, जिससे शोधकर्ताओं को एफआरबी साइट पर ज़ूम इन करने और यह निर्धारित करने की अनुमति मिली कि विस्फोट एक बेहद छोटे क्षेत्र से हुआ था, जो लगभग 10,000 किलोमीटर चौड़ा होने का अनुमान है।
निम्मो कहते हैं, “इसका मतलब है कि एफआरबी संभवतः स्रोत से सैकड़ों-हजारों किलोमीटर के भीतर है।” “यह बहुत करीब है। तुलना के लिए, हम उम्मीद करेंगे कि यदि सिग्नल किसी शॉकवेव से उत्पन्न हुआ है तो वह लाखों किलोमीटर से अधिक दूर होगा, और हमें बिल्कुल भी कोई जगमगाहट नहीं दिखेगी।”
मासुई कहते हैं, “200 मिलियन प्रकाश वर्ष की दूरी से 10,000 किलोमीटर के क्षेत्र में ज़ूम करना, चंद्रमा की सतह पर डीएनए हेलिक्स की चौड़ाई को मापने में सक्षम होने जैसा है, जो लगभग 2 नैनोमीटर चौड़ा है।” “इसमें पैमानों की एक अद्भुत श्रृंखला शामिल है।”
टीम के परिणाम, मैकगिल टीम के निष्कर्षों के साथ मिलकर, इस संभावना को खारिज करते हैं कि FRB 20221022A एक कॉम्पैक्ट वस्तु के बाहरी इलाके से उभरा है। इसके बजाय, अध्ययन पहली बार साबित करते हैं कि तेज़ रेडियो विस्फोट अत्यधिक अराजक चुंबकीय वातावरण में, न्यूट्रॉन तारे के बहुत करीब से उत्पन्न हो सकते हैं।
मासुई कहते हैं, “ये विस्फोट हमेशा होते रहते हैं और CHIME दिन में कई विस्फोटों का पता लगाता है।” “वे कैसे और कहाँ घटित होते हैं, इसमें बहुत विविधता हो सकती है, और यह जगमगाहट तकनीक इन विस्फोटों को चलाने वाली विभिन्न भौतिकी को सुलझाने में मदद करने में वास्तव में उपयोगी होगी।”
“ध्रुवीकरण कोण द्वारा पता लगाया गया पैटर्न हमारी अपनी आकाशगंगा में पल्सर से देखे गए पैटर्न के समान ही था, इसलिए कुछ प्रारंभिक चिंता थी कि स्रोत वास्तव में एफआरबी नहीं बल्कि एक गलत वर्गीकृत पल्सर था,” रेयान मैकिनवेन, एक सह-लेखक कहते हैं। -मैकगिल विश्वविद्यालय से अध्ययन के लेखक। “सौभाग्य से, इन चिंताओं को एक ऑप्टिकल टेलीस्कोप से एकत्र किए गए डेटा की मदद से आराम दिया गया, जिसने पुष्टि की कि एफआरबी लाखों प्रकाश वर्ष दूर एक आकाशगंगा में उत्पन्न हुआ था।”
मैकिनवेन बताते हैं, “पोलरिमेट्री उन कुछ उपकरणों में से एक है जिनके पास इन दूर के स्रोतों की जांच करने के लिए हमारे पास है।” “यह परिणाम संभवतः अन्य एफआरबी में समान व्यवहार के अनुवर्ती अध्ययन को प्रेरित करेगा और उनके ध्रुवीकृत संकेतों में अंतर को सुलझाने के लिए सैद्धांतिक प्रयासों को प्रेरित करेगा।”
इस शोध को कनाडा फाउंडेशन फॉर इनोवेशन, टोरंटो विश्वविद्यालय में डनलप इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोनॉमी एंड एस्ट्रोफिजिक्स, कैनेडियन इंस्टीट्यूट फॉर एडवांस्ड रिसर्च, मैकगिल यूनिवर्सिटी में ट्रॉटियर स्पेस इंस्टीट्यूट और ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय सहित विभिन्न संस्थानों द्वारा समर्थित किया गया था।
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