Planck Constraints on Turbulence in the Coma Cluster
एक सिमुलेशन-आधारित अनुमान ढाँचे का उपयोग करके कोमा क्लस्टर के प्लैंक सनयाव-ज़ेल्डोविच सतह चमक उतार-चढ़ाव का पुनर्मूल्यांकन करके, यह अध्ययन इंट्राक्लस्टर मीडियम टर्बुलेंस (अंतरा-पुंज माध्यम विक्षोभ) को लगभग 540 kpc के एक बड़े इंजेक्शन स्केल, एक कोलमोगोरोव-जैसे ढलान और 0.60 के पर्याप्त 3D मच संख्या के साथ सीमित करता है, जो हाल के XRISM वेग मापों के अनुरूप महत्वपूर्ण गैर-तापीय दबाव सहायता को दर्शाता है।
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कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड लाखों प्रकाश वर्ष तक फैले गर्म गैस के विशाल, अदृश्य बुलबुलों से भरा हुआ है। ये आकाशगंगा समूहों (galaxy clusters) हैं, जो गुरुत्वाकर्षण द्वारा जुड़े ब्रह्मांड की सबसे बड़ी संरचनाएं हैं। इन बुलबुलों के भीतर, गैस स्थिर नहीं बैठी है; यह एक विशाल, ब्रह्मांडीय ब्लेंडर की तरह उथल-पुथल कर रही है, घूम रही है और आपस में टकरा रही है। इस अराजक गति को विक्षोभ (turbulence) कहा जाता है। ठीक वैसे ही जैसे जंगल में बहती हवा या चट्टानों पर बहता पानी, यह विक्षोभ दबाव पैदा करता है। वैज्ञानिक इस बात पर गहराई से ध्यान देते हैं क्योंकि यदि वे इस उथल-पुथल वाली गैस से मिलने वाले "धक्के" को अनदेखा कर देते हैं, तो पूरे क्लस्टर का वजन निकालने की कोशिश करते समय उन्हें गलत उत्तर मिलता है। यह एक व्यक्ति के वजन का अनुमान लगाने की कोशिश करने जैसा है, उस ट्रैम्पोलिन को देखकर जिस पर वह उछल रहा है, लेकिन यह भूल जाना कि ट्रैम्पोलिन के स्प्रिंग्स भी ऊपर की ओर धक्का दे रहे हैं। यदि आप उस अतिरिक्त धक्के को ध्यान में नहीं रखते हैं, तो आप सोचेंगे कि वह व्यक्ति वास्तव में जितना है उससे कम वजन का है।
इस ब्रह्मांडीय उथल-पुथल को समझने के लिए, खगोलशास्त्री आमतौर पर दो तरीकों से गैस को देखते हैं। एक तरीका है गैस के "गाने" को एक्स-रे टेलीस्कोपों का उपयोग करके सुनना, जो गैस के अणुओं की गति को सीधे सुन सकते हैं। लेकिन ये टेलीस्कोप एक बार में गाने के एक बहुत छोटे हिस्से को ही सुन सकते हैं। दूसरा तरीका यह देखना है कि गैस का दबाव पूरे क्लस्टर में कैसे लहरों की तरह फैलता है, जैसे तालाब में पत्थर फेंकने के बाद उठने वाली लहरों को देखना। यह शोध पत्र उस दूसरे तरीके पर केंद्रित है, जिसमें प्लैंक (Planck) उपग्रह द्वारा बनाए गए ब्रह्मांड के एक विशेष मानचित्र का उपयोग किया गया है। शोधकर्ता यह पता लगाना चाहते थे कि उन "पत्थरों" का आकार क्या है जो लहरों का कारण बन रहे हैं, गैस कितनी तेजी से चल रही है, और इस जंगली, विक्षोभ वाली गति से क्लस्टर के कुल दबाव का कितना हिस्सा आता है।
बैटिस्ट 'सिगल' (Baptiste Sigal) के नेतृत्व में टीम ने कोमा (Coma) क्लस्टर का एक नया दृष्टिकोण अपनाया, जो एक विशाल, पास का गैलेक्सी क्लस्टर है और जो अपनी अव्यवस्था के लिए जाना जाता है, क्योंकि इसमें आकाशगंगाओं के छोटे समूह इससे टकरा रहे हैं। केवल अनुमान लगाने के बजाय, उन्होंने "सिमुलेशन-आधारित अनुमान" (Simulation-Based Inference) नामक एक चतुर तकनीक का उपयोग किया। इसे एक वीडियो गेम की तरह समझें जहाँ कंप्यूटर कोमा क्लस्टर के लाखों अलग-अलग संस्करण बनाता है, जिनमें विक्षोभ का अलग-अलग स्तर, घूमते हुए तूफानों के अलग-अलग आकार और अलग-अलग गति होती है। फिर कंप्यूटर इन नकली मानचित्रों की तुलना प्लैंक उपग्रह के वास्तविक मानचित्र से करता है। यह उन संस्करणों को रखता है जो वास्तविक चीज़ के सबसे अधिक समान दिखते हैं और उन्हें हटा देता है जो फिट नहीं बैठते।
इस विशाल डिजिटल प्रयोग को चलाने के बाद, लेखकों ने पाया कि कोमा क्लस्टर में विक्षोभ बड़ी घटनाओं द्वारा संचालित होता है। उन्होंने गणना की कि "इंजेक्शन स्केल" (injection scale)—यानी सबसे बड़े घूमते हुए तूफानों का आकार—लगभग 540 किलोपारसेक (200 से 990 किलोपारसेक की संभावित सीमा के साथ) है। इसे संदर्भ में समझने के लिए, यह लगभग 1.7 मिलियन प्रकाश वर्ष चौड़ा एक तूफान प्रणाली है। उन्होंने यह भी पाया कि गैस 357 से 1,095 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से चल रही है। यह अविश्वसनीय रूप से तेज़ है; एक गोली लगभग 1 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से चलती है, इसलिए यह गैस एक तेज़ चलती गोली की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक तेज़ी से चल रही है।
अध्ययन बताता है कि यह जंगली गति एक महत्वपूर्ण मात्रा में अतिरिक्त दबाव प्रदान करती है, जो क्लस्टर के कुल दबाव का लगभग 17% हिस्सा है। यह एक बड़ी बात है क्योंकि यह पुष्टि करता है कि यदि खगोलशास्त्री इस विक्षोभ को अनदेखा करते हैं, तो वे क्लस्टर के द्रव्यमान (mass) को काफी कम आंकेंगे। उनके परिणाम अन्य हालिया अध्ययनों के साथ अच्छी तरह मेल खाते हैं जिन्होंने अलग-अलग विधियों का उपयोग किया है, जिसमें XRISM उपग्रह से सीधे माप शामिल हैं, जो इस विचार में विश्वास जोड़ता है कि कोमा क्लस्टर वास्तव में एक बहुत ही विक्षोभ वाला स्थान है।
हालाँकि, लेखक इस बात पर सावधानी बरतते हैं कि जबकि उनके पास तूफानों के आकार और गैस की गति की अच्छी पकड़ है, विक्षोभ के सटीक "ढलान" (slope) को निर्धारित करना (कि ऊर्जा बड़े भंवरों से छोटे भंवरों में कैसे बदलती है) अभी भी कठिन है। डेटा बताता है कि विक्षोभ पृथ्वी पर पानी या हवा के समान पैटर्न का पालन करता है, लेकिन साक्ष्य अभी इतने मजबूत नहीं हैं कि हम निश्चित रूप से ऐसा कह सकें। शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि जबकि उनकी विधि इस विशाल, अव्यवस्थित क्लस्टर के लिए खूबसूरती से काम करती है, छोटे या अधिक दूर स्थित क्लस्टरों को देखने के लिए भविष्य के टेलीस्कोपों को और भी तेज़ आँखों की आवश्यकता होगी। फिलहाल, उन्होंने कोमा क्लस्टर के अदृश्य, उथल-पुथल भरे हृदय का सफलतापूर्वक मानचित्रण किया है, जो हमें दिखाता है कि ब्रह्मांड एक शांत, स्थिर तस्वीर की तुलना में कहीं अधिक गतिशील और ऊर्जावान है।
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