Peculiar Behavior of Optical Polarization in Blazar 1ES 1959+650: Role of Jet Magnetic Field and Geometry
यह शोध पत्र ब्लाज़र 1ES 1959+650 के दशक भर के ऑप्टिकल ध्रुवीकरण व्यवहार की जांच करता है, जो इसके विचित्र फ्लक्स-ध्रुवीकरण सहसंबंधों और फ्लेयर विशेषताओं को ट्रांसवर्स शॉक के साथ हेलिकल चुंबकीय क्षेत्रों और एक टर्बुलेंट मल्टी-ज़ोन उत्सर्जन मॉडल के संयोजन के कारण बताता है।
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ब्रह्मांड की कल्पना एक ब्रह्मांडीय मंच के रूप में करें जहाँ ब्लैक होल सबसे नाटकीय अभिनेता हैं। ये केवल खाली गड्ढे नहीं हैं; ये विशाल, घूमते हुए राक्षस हैं जो अत्यधिक गर्म गैस के घूमते हुए डिस्क से घिरे हुए हैं। कभी-कभी, ये राक्षस प्लाज्मा की दो विशाल, उच्च-गति वाली किरणें बाहर निकालते हैं, जिन्हें वे एक ब्रह्मांडीय टॉर्चलाइट से लेजर पॉइंटर की तरह अंतरिक्ष में छोड़ देते हैं। जब इनमें से एक किरण लगभग सीधे पृथ्वी की ओर इशारा करती है, तो हम उस वस्तु को "ब्लेज़र" (blazar) कहते हैं। क्योंकि यह किरण बहुत तेज़ गति से चलती है—प्रकाश की गति के करीब—इसे चमक में भारी उछाल मिलता है, जिससे ब्लेज़र अविश्वसनीय रूप से चमकीला और जंगली रूप से परिवर्तनशील दिखता है, जो एक स्ट्रोब लाइट की तरह चालू और बंद होता रहता है।
इन किरणों के भीतर क्या हो रहा है, इसे समझने के लिए वैज्ञानिक "ध्रुवीकरण" (polarization) नामक चीज़ का अध्ययन करते हैं। प्रकाश को केवल एक तरंग के रूप में नहीं, बल्कि एक रस्सी के रूप में सोचें जिसे हिलाया जा रहा है। यदि आप रस्सी को ऊपर और नीचे हिलाते हैं, तो प्रकाश "लंबवत ध्रुवीकृत" (vertically polarized) होता है। यदि आप इसे अगल-बगल हिलाते हैं, तो प्रकाश "क्षैतिज ध्रुवीकृत" (horizontally polarized) होता है। एक ब्लेज़र में, प्रकाश इलेक्ट्रॉनों द्वारा चुंबकीय क्षेत्रों के चारों ओर चक्कर लगाने से उत्पन्न होता है। यदि चुंबकीय क्षेत्र व्यवस्थित और सुव्यवस्थित है, जैसे कि कदम से कदम मिलाकर चलते सैनिकों की एक पंक्ति, तो प्रकाश एक मजबूत, स्पष्ट ध्रुवीकरण के साथ बाहर आता है। यदि क्षेत्र अव्यवस्थित और अराजक है, जैसे कि आपस में टकराते हुए लोगों की भीड़, तो प्रकाश बिखर जाता है, और ध्रुवीकरण गिर जाता है। यह मापकर कि प्रकाश कितना "व्यवस्थित" है, खगोलशास्त्री चुंबकीय क्षेत्रों के आकार और जेट की ज्यामिति का पता लगाने की कोशिश करते हैं, भले ही जेट बहुत दूर हो और उसे सीधे देखना संभव न हो।
यह वह पहेली है जिसे शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक प्रसिद्ध ब्लेज़र, 1ES 1959+650 के दस वर्षों के अवलोकनों का उपयोग करके सुलझाने का प्रयास किया। वे जानना चाहते थे कि प्रकाश की "व्यवस्था" इतनी अजीब तरह से व्यवहार क्यों करती है? कभी-कभी, जब ब्लेज़र अधिक चमकीला होता है, तो प्रकाश अधिक व्यवस्थित हो जाता है। अन्य समय में, जब यह अधिक चमकीला होता है, तो प्रकाश कम व्यवस्थित हो जाता है। और एक विशाल फ्लेयर (flare) के दौरान, चमक बेकाबू हो जाती है, लेकिन व्यवस्था में कोई खास बदलाव नहीं आता है।
शोधकर्ताओं ने इस ब्लेज़र के दस साल के इतिहास को एक फिल्म की तरह माना, जिसे तीन अलग-अलग दृश्यों में विभाजित किया गया। पहला दृश्य (इपोक 1) एक बड़े प्रकाश विस्फोट से पहले की शांत अवधि थी। दूसरा दृश्य (इपोक 2) वह विस्फोट था—एक विशाल फ्लेयर जहाँ दृश्य प्रकाश (विशेष रूप से V और R बैंड में) में ब्लेज़र की चमक नाटकीय रूप से बढ़ गई। तीसरा दृश्य (इपोक 3) फ्लेयर के बाद की शांत अवधि थी।
उन्होंने दो अलग-अलग व्यवहारों की कहानी पाई। फ्लेयर से पहले, ब्लेज़र ने एक मजबूत "सकारात्मक सहसंबंध" (positive correlation) दिखाया: जैसे-जैसे प्रकाश उज्जवल होता गया, ध्रुवीकरण भी मजबूत होता गया। ऐसा लग रहा था जैसे कि बीम अपनी पकड़ मजबूत कर रही थी, चमकने के साथ ही अधिक व्यवस्थित होती जा रही थी। लेकिन फ्लेयर के बाद, यह संबंध पूरी तरह से उलट गया। अब, जैसे-जैसे प्रकाश उज्जवल हुआ, ध्रुवीकरण वास्तव में गिर गया। इस "प्रति-सहसंबंध" (anti-correlation) ने सुझाव दिया कि जेट की ज्यामिति बदल गई थी। टीम ने इसे समझाने के लिए दो मुख्य विचारों का उपयोग किया: एक "हेलिकल चुंबकीय क्षेत्र" (corkscrew या सर्पिल सीढ़ी की तरह) और "ट्रांसवर्स शॉक" (जैसे राजमार्ग पर चलती हुई ट्रैफिक जाम जो कारों को संकुचित कर देती है)। उन्होंने पाया कि यदि जेट का देखने का कोण थोड़ा बदल जाता है—फ्लेयर से पहले लगभग 5 से 14 डिग्री और फ्लेयर के बाद 1 से 4 डिग्री के बीच झूलता है—तो यह चमक और ध्रुवीकरण में देखे गए परिवर्तनों से पूरी तरह मेल खाता है। चुंबकीय क्षेत्र के सर्पिल आकार ने, विभिन्न कोणों से देखे जाने पर, यह समझाया कि क्यों प्रकाश की व्यवस्था चमक के साथ तालमेल बिठाकर ऊपर-नीचे होती है।
हालाँकि, मध्य दृश्य—वास्तविक फ्लेयर—सबसे कठिन हिस्सा था। प्रकाश के विशाल विस्फोट के दौरान, चमक पागल हो गई, लेकिन ध्रुवीकरण अड़ियल रूप से स्थिर रहा, जो चमक के साथ लगभग कोई संबंध नहीं दिखा रहा था। व्यवस्थित सर्पिल और शॉक मॉडल इसे समझाने में विफल रहे। इसके बजाय, लेखक सुझाव देते हैं कि फ्लेयर के दौरान, जेट एक अराजक तूफान की तरह काम कर रहा था। वे एक "टर्बुलेंट मल्टी-ज़ोन मॉडल" का प्रस्ताव करते हैं, जहाँ प्रकाश गैस की कई छोटी, अराजक जेबों (टर्बुलेंट सेल्स) से आता है जो एक साथ सक्रिय होती हैं। कल्पना करें कि एक स्टेडियम भरा हुआ है जहाँ लोग अलग-अलग दिशाओं में फ्लैशलाइट लहरा रहे हैं; व्यक्तिगत रूप से, वे चमकीले हो सकते हैं, लेकिन एक साथ, उनका प्रकाश एक अस्त-व्यस्त, अव्यवस्थित धुंध है। यह अराजकता समझाती है कि कैसे ब्लेज़र अत्यधिक चमकीला हो सकता है बिना प्रकाश के अधिक व्यवस्थित हुए।
अंत में, यह शोध पत्र सुझाव देता है कि ब्लेज़र 1ES 1959+650 एक रूप बदलने वाला (shape-shifter) है। जब यह शांत होता है, तो इसका व्यवहार एक बदलते कोण से देखे जाने वाले सर्पिल चुंबकीय क्षेत्र की सुंदर ज्यामिति द्वारा नियंत्रित होता है। लेकिन जब यह फ्लेयर में विस्फोट करता है, तो वह व्यवस्था एक अशांत, बहु-क्षेत्रीय (multi-zone) अराजकता में बदल जाती है। अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि इसने ब्लेज़रों के पूरे रहस्य को सुलझा लिया है, लेकिन यह एक मजबूत मानचित्र प्रदान करता है कि कैसे चुंबकीय क्षेत्र और जेट की ज्यामिति उन अजीब, टिमटिमाते प्रकाशों को बनाने के लिए एक साथ नृत्य कर सकते हैं जिन्हें हम इन ब्रह्मांडीय दिग्गजों से देखते हैं।
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