A radio view on Gamma-Loud Protostars: Derivation of jet mechanical luminosity
यह शोध पत्र रेडियो सेंटीमीटर ल्यूमिनोसिटी को थर्मल ट्रेसर के रूप में उपयोग करके प्रोटोस्टेलर जेट्स की मैकेनिकल ल्यूमिनोसिटी का अनुमान लगाने की एक विधि प्रस्तावित करता है, जो यह प्रकट करता है कि गामा-लाउड प्रोटोस्टर्स 1–10% की दक्षता के साथ कॉस्मिक किरणों को त्वरित करते हैं और यह सुझाव देता है कि इन त्वरकों की पुष्टि करने और दक्षता मापन को परिष्कृत करने के लिए भविष्य के रेडियो अवलोकनों की आवश्यकता है।
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ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल, अराजक निर्माण स्थल के रूप में करें जहाँ नए सितारों का जन्म हो रहा है। ये नन्हे तारे, जिन्हें प्रोटोस्टार (protostars) कहा जाता है, केवल वहाँ बैठे नहीं हैं; वे हिंसक, ऊर्जावान नन्हे बच्चों की तरह हैं जो अपने ध्रुवों से गैस और धूल की विशाल, उच्च-गति वाली धाराएँ बाहर निकालते हैं, जैसे कि पूरी ताकत से चालू किए गए शक्तिशाली गार्डन होज़ (garden hoses)। इन धाराओं को "जेट्स" (jets) कहा जाता है। लंबे समय तक, खगोलविदों को पता था कि ये जेट रेडियो तरंगों में गर्म और चमकीले होते हैं, लेकिन वे पूरी तरह से यह नहीं समझ पाए थे कि उनमें कितनी "मांसपेशियाँ" (muscle) थीं या वे अपने आस-पास के अंतरिक्ष के साथ क्या कर रहे थे।
हाल ही में, वैज्ञानिकों ने कुछ अद्भुत खोजा है: कुछ नन्हे तारे उच्च-ऊर्जा वाले कण भी छोड़ रहे हैं जिन्हें कॉस्मिक किरणें (cosmic rays) कहा जाता है, जो गामा किरणों के रूप में दिखाई देते हैं। यह ऐसा है जैसे यह पता चलना कि गार्डन होज़ केवल पानी नहीं छिड़क रहा है, बल्कि वह छोटे, अदृश्य बुलेट्स (गोलियों) को भी दाग रहा है जो आकाशगंगा के आर-पार जा सकते हैं। सबसे बड़ा रहस्य यह है: एक नन्हा तारा इतना शक्तिशाली कण त्वरक (particle accelerator) कैसे बन जाता है? क्या यह जेट द्वारा किया जाने वाला काम है, या यह कुछ और ही है? और यदि जेट इंजन है, तो यह अपने ईंधन को इन कॉस्मिक बुलेट्स में बदलने में कितना कुशल है? यही वह प्रश्न है जिसे हल करने के लिए खगोलविदों की एक टीम आगे बढ़ी।
इस नए अध्ययन में, शोधकर्ता इन नन्हे स्टार इंजनों के हॉर्सपावर (horsepower) का पता लगाने की कोशिश करने वाले कॉस्मिक मैकेनिकों की तरह कार्य करते हैं। वे जानना चाहते थे कि क्या जेट की "मांसपेशियाँ" (उसकी यांत्रिक शक्ति) उन गामा किरणों की व्याख्या करने के लिए पर्याप्त मजबूत हैं जो हम देखते हैं। इसे करने के लिए, उन्होंने एक चतुर तरकीब निकाली: जेट द्वारा उत्सर्जित रेडियो तरंगों को एक मापने वाले टेप (measuring tape) के रूप में उपयोग करना।
रेडियो तरंगों को जेट के "निकास धुएं" (exhaust fumes) के रूप में सोचें। जिस तरह एक मैकेनिक कार के इंजन की आवाज़ सुनकर यह अनुमान लगा सकता है कि इंजन कितनी ज़ोर से काम कर रहा है, खगोलविदों ने महसूस किया कि वे रेडियो चमक को मापकर प्रोटोस्टेलर जेट की कुल यांत्रिक शक्ति का अनुमान लगा सकते हैं। उन्होंने इन जेट्स के काम करने के पुराने सिद्धांतों को विशाल रेडियो दूरबीनों (जैसे वेरी लार्ज एरे और SARAO) के नए अवलोकनों के साथ जोड़ा ताकि एक सूत्र (formula) बनाया जा सके। यह सूत्र उन्हें एक साधारण रेडियो माप लेने और जेट की कुल यांत्रिक शक्ति, या "काइनेटिक ल्यूमिनोसिटी" (kinetic luminosity) की गणना करने की अनुमति देता है।
जब उन्होंने गणना की, तो परिणाम मेल खाते थे। रेडियो तरंगों से जो शक्ति उन्होंने निकाली थी, वह इन्फ्रारेड प्रकाश और अन्य अवलोकनों में जो हम देखते हैं, उससे पूरी तरह मेल खाती थी। इसने पुष्टि की कि उनकी "रेडियो निकास" विधि काम करती है। लेकिन असली जादू तब हुआ जब उन्होंने इस जेट शक्ति की तुलना गामा-किरण ऊर्जा से की। उन्होंने पाया कि जेट वास्तव में कॉस्मिक किरणों के स्रोत होने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हैं।
हालाँकि, जेट आदर्श इंजन नहीं हैं। टीम ने गणना की कि जेट की कुल ऊर्जा का एक छोटा सा हिस्सा—कहीं 1% और 10% के बीच—वास्तव में उन उच्च-गति वाले कॉस्मिक किरण कणों में परिवर्तित होता है। बाकी ऊर्जा केवल गैस को इधर-उधर चलाने या उसे गर्म करने में जाती है। यह दक्षता सीमा (efficiency range) भौतिकविदों द्वारा की गई भविष्यवाणियों के अनुरूप है कि कैसे शॉकवेव्स (जैसे अंतरिक्ष में होने वाले सोनिक बूम) कणों को त्वरित करती हैं।
लेकिन इसमें एक पेंच भी है, हालांकि। जिन रेडियो दूरबीनों का उन्होंने उपयोग किया, वे एक धुंधले कमरे में शक्तिशाली फ्लैशलाइट की तरह हैं; वे सबसे चमकीली, स्पष्ट चीजों को देखने में बहुत अच्छी हैं, लेकिन वे अक्सर मंद, शांत जेट्स को मिस कर देती हैं। वास्तव में, अध्ययन में शामिल कई नन्हे तारे आयनित गैस (जिसे H II क्षेत्र कहा जाता है) के चमकते बादलों की तरह अधिक दिख रहे थे बजाय जेट के। लेखक सुझाव देते हैं कि ये "चमकते बादल" वास्तव में अपने नीचे असली जेट्स को छिपा सकते हैं, जो वर्तमान सर्वेक्षणों के लिए स्पष्ट रूप से पकड़ में आने के लिए बहुत धुंधले हैं।
तो, निष्कर्ष क्या है? यह शोध पत्र दृढ़ता से सुझाव देता है कि प्रोटोस्टेलर जेट ही इन कॉस्मिक रे एक्सेलेरेटर को चलाने वाले मुख्य इंजन हैं। गामा किरणों की व्याख्या करने के लिए उन्हें किसी रहस्यमय अतिरिक्त स्रोत की आवश्यकता नहीं है; जेट के पास पर्याप्त शक्ति है। लेकिन क्योंकि हमारे वर्तमान रेडियो "फ्लैशलाइट्स" हर एक जेट को स्पष्ट रूप से देखने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं हैं, इसलिए टीम का कहना है कि हमें सटीक त्वरकों (accelerators) को खोजने और दक्षता के आंकड़ों को पूरी निश्चितता के साथ निर्धारित करने के लिए बेहतर, अधिक समर्पित रेडियो अवलोकनों की आवश्यकता है। फिलहाल के लिए, सबूत इन नन्हे सितारों के आश्चर्यजनक रूप से कुशल, यदि थोड़े अव्यवस्थित, कण कारखानों होने की ओर इशारा करते हैं।
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