Long-lived intermittent accretion disks in the jittering jets explosion mechanism (JJEM) of core-collapse supernovae
यह शोध पत्र प्रस्तावित करता है कि विस्कोसिटी-संचालित कोणीय संवेग परिवहन (angular momentum transport) और जेट-प्रेरित अभिवृद्धि दमन (accretion suppression), जिटरिंग-जेट्स विस्फोट तंत्र में रुक-रुक कर होने वाली अभिवृद्धि डिस्क के जीवनकाल को बढ़ा सकते हैं, जिससे एक से तीन ऊर्जावान जेट युग्मों द्वारा प्रधान कोर-कोलेप्स सुपरनोवा अवशेषों के निर्माण की व्याख्या की जा सकती है।
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ब्रह्मांडीय आतिशबाजी का शो
ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल, अराजक निर्माण स्थल के रूप में करें जहाँ विशाल तारे इमारतें हैं। जब ये विशाल तारे अपने ईंधन को समाप्त कर देते हैं, तो वे केवल फीके नहीं पड़ते; वे अपने आप में सिमट जाते हैं और फिर अरबों सूर्यों की शक्ति के साथ फट जाते हैं। इस घटना को 'कोर-कोलैप्स सुपरनोवा' कहा जाता है। दशकों से, खगोलशास्त्री यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि ये विस्फोट वास्तव में कैसे होते हैं। यह यह समझने जैसा है कि एक हिलाए गए सोडा की बोतल का ढक्कन कैसे फूटता है: क्या यह अंदर के गैस दबाव के कारण है, या कुछ और है?
दो मुख्य विचार सुर्खियों में रहने के लिए लड़ रहे हैं। एक सिद्धांत बताता है कि न्यूट्रिनो नामक अदृश्य भूतिया कण 'ब्लोटॉर्च' (धधकती ज्वाला) की तरह काम करते हैं, जो तारे के केंद्र को तब तक गर्म करते हैं जब तक कि वह फट न जाए। दूसरा विचार, जिसका यह शोध पत्र अन्वेषण करता है, "जिटरिंग जेट्स एक्सप्लोजन मैकेनिज्म" (JJEM) है। इसे एक ब्रह्मांडीय फव्वारे (स्प्रिंकलर सिस्टम) के रूप में सोचें। एक स्थिर धारा के बजाय, एक ऐसे फव्वारे की कल्पना करें जो बेतहाशा घूमता है, और यादृच्छिक दिशाओं में पानी की जेट्स की जोड़ियाँ छोड़ता है। इस परिदृश्य में, विस्फोट नवजात, अत्यंत सघन कोर (एक न्यूट्रॉन स्टार) से निकलने वाली गैस की उच्च गति वाली जेट्स द्वारा संचालित होता है। सबसे बड़ा रहस्य यह रहा है कि ये फव्वारे इतने लंबे समय तक और इतनी ताकत से कैसे चलते रहते हैं कि पूरे तारे को उड़ा सकें, खासकर जब तारे का कोर हर तरह के अव्यवस्थित और अप्रत्याशित तरीकों से घूम रहा हो?
लंबे समय तक चलने वाले फव्वारों की पहेली
इस अध्ययन में, खगोल भौतिक विज्ञानी नोम सोकर एक विशिष्ट पहेली की जांच करते हैं जो इन विस्फोटों द्वारा पीछे छोड़े गए "निशानों", जिन्हें सुपरनोवा अवशेष (सुपरनोवा रेमनेंट्स) कहा जाता है, में पाई जाती है। जब खगोलशास्त्री कुछ फटे हुए तारों के मलबे को देखते हैं, तो उन्हें एक बहुत ही विशिष्ट पैटर्न दिखाई देता है: केवल एक, दो, या तीन जोड़ी अत्यंत शक्तिशाली जेट्स, जिन्होंने अधिकांश भारी काम किया लगता है। यह अजीब है क्योंकि JJEM का मानक मॉडल बताता है कि तारे के कोर के अराजक घूमने से कई छोटी, अल्पकालिक जेट जोड़ियों का एक अराजक ढेर बन जाना चाहिए—शायद 5 से 20 जोड़ियाँ—बजाय कुछ बड़ी और शक्तिशाली जोड़ियों के।
यह शोध पत्र एक सरल प्रश्न पूछता है: एक जेट-लॉन्चिंग डिस्क (जेट छोड़ने वाली डिस्क) केवल कुछ, अत्यधिक ऊर्जावान जोड़ियों को छोड़ने के बजाय, केवल एक पल में क्यों खत्म होने के बजाय इतनी देर तक जीवित कैसे रह सकती है? लेखक का सुझाव है कि इसका उत्तर एक चतुर 'फीडबैक लूप' में निहित है जहाँ जेट स्वयं पार्टी को जारी रखने में मदद करते हैं।
व्यापार के तीन नुस्खे (Three Tricks of the Trade)
सोकर तीन तंत्रों का प्रस्ताव करते हैं जो एक अल्पकालिक जेट विस्फोट को एक लंबे समय तक चलने वाले, शक्तिशाली विस्फोट में बदलने के लिए मिलकर काम करते हैं।
1. "ध्रुवीय अवरोध" (बुलबुले)
नवजात न्यूट्रॉन स्टार की कल्पना एक घूमते हुए लट्टू के रूप में करें जो गैस की दो जेट्स छोड़ता है, एक ऊपर और एक नीचे। जैसे ही ये जेट्स आसपास के तारे की सामग्री में धमाका करती हैं, वे साबुन के बुलबुले फुलाने की तरह विशाल बुलबुले फुला देती हैं। ये बुलबुले एक ढाल के रूप में कार्य करते हैं, जो ऊपर और नीचे (ध्रुवीय दिशाओं) से नई सामग्री को गिरने से रोकते हैं। क्योंकि जेट्स ध्रुवों को रोकने में व्यस्त हैं, इसलिए गिरने के लिए एकमात्र जगह किनारे (भूमध्यरेखीय तल) है। यह सभी आने वाली सामग्री को डिस्क के चारों ओर उसी दिशा में घूमने के लिए मजबूर करता है जिसमें जेट्स घूम रही हैं, जिससे आग बुझने के बजाय उसे ईंधन मिलता है। यह एक सकारात्मक फीडबैक लूप है: जेट्स गलत दिशा को रोकते हैं, जिससे सही दिशा में अधिक ईंधन आता है।
2. "कोणीय संवेग का फेरबदल" (विस्कस हैंडऑफ)
यहाँ भौतिकी एक 'म्यूजिकल चेयर' के खेल जैसी हो जाती है। आमतौर पर, यदि एक घूमती हुई डिस्क में ऐसी सामग्री डाली जाती है जिसमें कोई स्पिन (शून्य कोणीय संवेग) नहीं है, तो डिस्क को धीमा हो जाना चाहिए और ढह जाना चाहिए। हालांकि, सोकर दिखाते हैं कि डिस्क के भीतर की "चिपचिपाहट" (विस्कोसिटी) एक कन्वेयर बेल्ट की तरह कार्य करती है। यह डिस्क के आंतरिक भागों से स्पिन (घूर्णन) ले सकती है और उसे बाहर की ओर धकेल सकती है। भले ही बिना स्पिन वाली नई सामग्री डाली जाए, डिस्क अपने आंतरिक स्पिन को पुनर्व्यवस्थित कर सकती है ताकि आंतरिक भाग पर्याप्त तेजी से घूमता रहे ताकि जेट्स को लंबे समय तक लॉन्च किया जा सके। शोध पत्र गणना करता है कि यह प्रक्रिया डिस्क के जीवन को लगभग इसके "विस्कस टाइमस्केल" तक बढ़ा सकती है, जो लगभग 0.01 से 0.1 सेकंड है। हालांकि यह सुनने में छोटा लगता है, लेकिन विस्फोट होते सितारों की दुनिया में, यह एक अनंत काल है।
3. "रैंडम वॉक" (भाग्यशाली सिक्का उछालना)
अंत में, संयोग का तत्व है। तारे में गिरने वाली सामग्री का स्पिन एकदम सटीक और स्थिर नहीं होता; यह बेतहाशा उतार-चढ़ाव करता है, कभी बाईं ओर घूमता है, तो कभी दाईं ओर। सोकर सुझाव देते हैं कि कभी-कभी, शुद्ध भाग्य से, ये यादृच्छिक उतार-चढ़ाव मूल जेट्स की दिशा में ही जुड़ सकते हैं। यह कई बार सिक्का उछालने जैसा है; कभी-कभी, आपको लगातार 'हेड्स' की एक श्रृंखला मिल सकती है। यदि घूमती हुई गैस का "रैंडम वॉक" मौजूदा डिस्क के साथ संरेखित हो जाता है, तो यह डिस्क को एक अतिरिक्त बढ़ावा देता है, जिससे इसे लंबे समय तक जीवित रहने और उन विशाल, ऊर्जावान जेट्स को लॉन्च करने में मदद मिलती है जिन्हें हम अवशेषों में देखते हैं।
ब्रह्मांड के लिए इसका क्या अर्थ है
यह शोध पत्र यह दावा नहीं करता है कि इसने सुपरकंप्यूटर सिमुलेशन चलाया है जो साबित करता है कि यह हर बार होता है। इसके बजाय, यह गणितीय मॉडलों और सुपरनोवा अवशेषों (जैसे क्रैब नेबुला और अन्य) के अवलोकन का उपयोग करता है ताकि यह सुझाव दिया जा सके कि ये तीन प्रभाव—ध्रुवों को रोकना, स्पिन को बदलना, और भाग्यशाली यादृच्छिक उतार-चढ़ाव—मिलकर काम कर सकते हैं।
लेखक का तर्क है कि यही कारण है कि हम कुछ सुपरनोवा अवशेषों को देखते हैं जो केवल कुछ, बहुत शक्तिशाली जेट जोड़ियों द्वारा संचालित होते हैं, जबकि अन्य कई छोटे-छोटे अराजक ढेर दिखाते हैं। यह "जिटरिंग जेट्स" तंत्र के पक्ष को मजबूत करता है कि यह इन सितारों के फटने का प्राथमिक तरीका है, न कि न्यूट्रिनो-हीटिंग थ्योरी। शोध पत्र सुझाव देता है कि जबकि न्यूट्रिनो थ्योरी इन विस्फोटों की ऊर्जा को समझाने में संघर्ष करती है, जिटरिंग जेट्स, इन लंबे समय तक चलने वाले डिस्क्स की सहायता से, यह काम कर सकते हैं।
संक्षेप में, यह शोध पत्र एक ऐसे ब्रह्मांडीय विस्फोट की तस्वीर पेश करता है जहाँ जेट्स केवल बाहर निकलकर मर नहीं जाते; वे एक ढाल बनाते हैं, अपनी ऊर्जा को व्यवस्थित करते हैं, और हवा के साथ भाग्य आजमाते हैं, जिससे वे तब तक धमाका करना जारी रखते हैं जब तक कि तारा पूरी तरह से उड़ न जाए। भविष्य के अधिक विस्तृत कंप्यूटर सिमुलेशन को यह परीक्षण करने की आवश्यकता होगी कि क्या ये तीन नुस्खे वास्तव में मरते हुए तारे की अराजक वास्तविकता में एक साथ काम करते हैं, लेकिन फिलहाल, गणित और दूरबीन का डेटा एक बहुत ही गतिशील, जेट-संचालित ब्रह्मांड की ओर संकेत करता है।
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