Coexisting Tayler instability-driven dynamos in radiative zones: New dynamo solution and its impacts on stellar physics
नए 3D संख्यात्मक सिमुलेशन के माध्यम से, यह अध्ययन रेडिएटिव ज़ोन में एक पूर्व में अज्ञात ध्रुवीय टेलर अस्थिरता-संचालित डायनेमो की पहचान करता है जो तीव्र स्तरीकरण के तहत कुशलतापूर्वक कार्य करता है, जो स्टेलर रोटेशन मॉडल और एस्टरोसेइस्मिक अवलोकनों के बीच विसंगतियों को हल करने के लिए एक आशाजनक तंत्र प्रदान करता है।
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एक तारे के भीतर के दृश्य की कल्पना एक विशाल, घूमते हुए ब्रह्मांडीय ओवन (cosmic oven) के रूप में करें। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों को लगा कि वे समझते थे कि इन तारकीय ओवनों के भीतर गर्मी और घूर्णन (spin) कैसे घूमते हैं। उनका मानना था कि यदि आप एक तारे को घुमाते हैं, तो उसके भीतर का हिस्सा अलग-अलग गति से घूमेगा, जैसे एक फिगर स्केटर अपनी बाहों को अंदर खींचता है, लेकिन यहाँ गैस की परतें एक-दूसरे के ऊपर फिसलती हैं। हालाँकि, जब खगोलविदों ने तारों के "गीतों" को सुनना शुरू किया—वे सूक्ष्म कंपन जो उनके शरीर में ध्वनि तरंगों की तरह लहरें पैदा करते हैं—तो उन्हें एक रहस्य मिला। तारों के केंद्र (cores) पुराने गणित के अनुमान से कहीं अधिक धीरे घूम रहे थे। यह ऐसा था जैसे वह फिगर स्केटर बिना किसी चीज़ को छुए जादुई रूप से अपनी गति को धीमा कर रहा हो। इससे संकेत मिला कि कोई अदृश्य चीज़ एक ब्रह्मांडीय ब्रेक की तरह काम कर रही थी, जो तारे के केंद्र से घूर्णन को चुराकर उसे बाहर फैला रही थी।
इस अदृश्य ब्रेक के लिए दो मुख्य संदिग्धों की सूची में थे: तारे के माध्यम से टकराने वाली अदृश्य लहरें, या एक सख्त रस्सी की तरह कोर को सतह से बांधने वाले विशाल चुंबकीय क्षेत्र। जबकि लहरें एक मजबूत दावेदार हैं, चुंबकीय क्षेत्रों पर बहुत ध्यान दिया जा रहा है। विशेष रूप से, वैज्ञानिक "टेलर-स्प्रूट डायनेमो" (Tayler-Spitruet dynamo) नामक एक तंत्र की जांच कर रहे हैं। इसे एक ब्रह्मांडीय जनरेटर की तरह समझें। यदि आपके पास एक घूमता हुआ तरल है जिसमें एक चुंबकीय क्षेत्र है, तो घूमना चुंबकीय रेखाओं को मरोड़ सकता है, जिससे एक फीडबैक लूप बनता है जो और भी मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। ये मजबूत क्षेत्र एक सख्त तार की तरह कार्य करते हैं, जो तारे की विभिन्न परतों को एक साथ घूमने के लिए मजबूर करते हैं, और यही कारण है कि कोर उतनी तेजी से नहीं घूमता जितना पुराने मॉडल कहते थे। लेकिन समस्या यह है कि किसी ने भी वास्तव में इस जनरेटर को एक कंप्यूटर सिमुलेशन में काम करते हुए नहीं देखा था जो एक वास्तविक तारे के आंतरिक भाग जैसा दिखता हो, विशेष रूप से एक ऐसा तारा जो अत्यंत स्थिर हो और मिश्रण न करना चाहता हो।
यह शोध पत्र तारों के लिए एक उच्च-तकनीकी विंड टनल (wind tunnel) की तरह है, जहाँ लेखकों ने यह देखने के लिए एक 3D कंप्यूटर सिमुलेशन बनाया कि क्या यह चुंबकीय जनरेटर वास्तव में चालू हो सकता है। उन्होंने तारे की एक ऐसी परत का मॉडल बनाया जो बहुत स्थिर है—यानी जो मंथन या मिश्रण नहीं करना चाहती, ठीक वैसे ही जैसे पानी के ऊपर तैरता हुआ तेल। उन्होंने इस स्थिर तरल को घुमाया और यह देखने के लिए इंतजार किया कि क्या एक चुंबकीय क्षेत्र स्वतः प्रकट होता है और अपना काम शुरू करता है।
टीम ने कुछ आश्चर्यजनक खोजा: जनरेटर के पास केवल एक सेटिंग नहीं है; इसके दो रूप हैं! यह देखते हुए कि उन्होंने सिमुलेशन को कैसे शुरू किया, उन्होंने पाया कि चुंबकीय क्षेत्र खुद को व्यवस्थित करने के दो अलग-अलग तरीके अपना सकता है। पहला, जिसे वे "भूमध्यरेखीय डायनेमो" (equatorial dynamo) कहते हैं, तारे के मध्य (भूमध्य रेखा) के चारों ओर लिपटे एक चुंबकीय बेल्ट की तरह है। यह थोड़ा चयनात्मक है; यह केवल तभी काम करता है जब तारा बहुत अधिक स्थिर न हो। दूसरा, "ध्रुवीय डायनेमो" (polar dynamo), असली आकर्षण है। यह एक चुंबकीय स्तंभ बनाता है जो तारे के ध्रुवों के माध्यम से सीधा चलता है, जैसे एक विशाल चुंबकीय रीढ़। यह बहुत मजबूत है; यह तब भी काम करता रहता है जब तारा अत्यंत स्थिर होता है, जिसमें स्थिरता का स्तर घूर्णन की गति से 130 गुना अधिक होता है।
लेखकों ने पाया कि यह ध्रुवीय डायनेमो एक विशिष्ट प्रकार की अस्थिरता (चुंबकीय क्षेत्र में एक डगमगाहट) द्वारा संचालित होता है, जिसे उन्होंने पुष्टि की कि यह मानक "टेलर अस्थिरता" (Tayler instability) है। उन्होंने सटीक रूप से मापा कि चुंबकीय क्षेत्र कितने मजबूत होते हैं और वे तारे के घूर्णन को कितनी कुशलता से स्थानांतरित करते हैं। उन्होंने पाया कि चुंबकीय क्षेत्र अविश्वसनीय रूप से मजबूत हो सकते हैं, लगभग 100,000 गौस (जो कि एक फ्रिज मैग्नेट से 100,000 गुना अधिक शक्तिशाली है), और वे कोणीय संवेग (angular momentum) को इतनी कुशलता से स्थानांतरित कर सकते हैं जो रेड जायंट (लाल दानव) तारों के धीमे घूमने की व्याख्या करता है।
हालाँकि, यह शोध पत्र कुछ विचारों को खारिज भी करता है। उन्होंने दिखाया कि यह विशिष्ट चुंबकीय जनरेटर रेड जायंट्स के हीलियम-बर्निंग शेल्स में पाए जाने वाले चुंबकीय क्षेत्रों की व्याख्या नहीं कर सकता है, क्योंकि इसके द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र मुख्य रूप से क्षैतिज (azimuthal) हैं न कि ऊर्ध्वाधर (radial), जो वर्तमान में दूरबीनों द्वारा देखी जा रही चीजों से मेल नहीं खाता है। उन्होंने यह भी पाया कि "भूमध्यरेखीय" संस्करण वाला डायनेमो गायब हो जाता है यदि तारा बहुत अधिक स्थिर हो, जिससे ध्रुवीय संस्करण ही एकमात्र जीवित बचता है।
संक्षेप में, यह शोध पत्र सुझाव देता है कि टेलर-स्प्रूट डायनेमो एक वास्तविक, काम करने वाला तंत्र है जो तारों की स्थिर परतों में, विशेष रूप से एक ध्रुवीय विन्यास (polar configuration) में कार्य कर सकता है। यह नए नियम (स्केलिंग लॉ) प्रदान करता है कि ये चुंबकीय क्षेत्र कितने मजबूत होते हैं और वे कितना घूर्णण चुरा सकते हैं। हालांकि यह तारों के घूर्णन के हर रहस्य को हल नहीं करता है, लेकिन यह खगोलविदों को एक बेहतर मानचित्र देता है कि ये ब्रह्मांडीय चुंबकीय ब्रेक कैसे काम कर सकते हैं, जो उन्हें इस विशिष्ट प्रकार के चुंबकीय जनरेटर को शामिल करने वाले नए स्टार मॉडल बनाने के लिए प्रोत्साहित करता है। लेखक सावधानीपूर्वक यह नोट करते हैं कि ये परिणाम कंप्यूटर सिमुलेशन से आए हैं, इसलिए हालांकि भौतिकी ठोस दिखती है, अगला कदम यह देखना है कि क्या वास्तविक तारे बिल्कुल उसी तरह व्यवहार करते हैं।
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