Timing, Polarization, and Single-Pulse Properties of Long-Period FAST Pulsars
यह शोध पत्र पांच दीर्घ-अवधि वाले FAST पल्सरों के चरण-संयोजित (phase-connected) टाइमिंग, ध्रुवीकरण और एकल-पल्स उत्सर्जन विश्लेषण प्रस्तुत करता है, जो विविध मैग्नेटोस्फेरिक व्यवहारों को प्रकट करता है जिसमें विशिष्ट उत्सर्जन अवस्थाएं, छिटपुट चमकीले पल्स और ज्यामितीय बाधाएं शामिल हैं जो धीमी गति से घूमने वाले न्यूट्रॉन सितारों की परिवर्तनशीलता को रेखांकित करती हैं।
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हमारी आकाशगंगा के शांत अंधेरे में गहराई में, ब्रह्मांडीय लाइटहाउस की तरह घूमते हुए, न्यूट्रॉन तारे मौजूद हैं। ये विशाल तारों के ढहे हुए कोर हैं जो मर चुके हैं, जो एक बीस किलोमीटर चौड़े गोले में हमारे सूर्य से भी अधिक द्रव्यमान समेटे हुए हैं। जैसे-जैसे वे घूमते हैं, वे पृथ्वी की ओर रेडियो तरंगों के शक्तिशाली पल्स (धड़कन) प्रसारित करते हैं। दशकों से, खगोलशास्त्री इतने अत्यधिक गुरुत्वाकर्षण के तहत पदार्थ के चरम भौतिकी को समझने के लिए इन पल्स का अध्ययन करते रहे हैं। अधिकांश तारे जिन्हें उन्होंने देखा है, वे बहुत तेज़ी से घूमते हैं, प्रति सेकंड सैकड़ों बार। लेकिन एक छोटा समूह बहुत धीरे घूमता है, जिसमें एक एकल घूर्णन पूरा करने में एक सेकंड से अधिक का समय लगता है। ये धीमे घूमने वाले तारे विशेष हैं क्योंकि वे अपने रेडियो जीवन के अंत के करीब पहुंच रहे हैं। सिद्धांत बताते हैं कि जैसे-जैसे वे धीमे होते हैं, उनके पास अंततः उस ऊर्जा को समाप्त करने के कारण खत्म हो जाएगी जो रेडियो बीम को शक्ति देने वाले प्लाज्मा को बनाने के लिए आवश्यक होती है, जिससे वे सन्नाटे में विलीन हो जाएंगे। इन धीमे तारों को देखना एक मोमबत्ती के बुझने से ठीक पहले उसकी लौ के टिमटिमाने को देखने जैसा है, जो यह देखने का एक दुर्लभ अवसर प्रदान करता है कि एक तारे के रेडियो जीवन के अंतिम चरण कैसे घटित होते हैं।
चीन में 'फाइव-हंड्रेड-मीटर एपर्चर स्फेरिकल रेडियो टेलीस्कोप', जिसे FAST के रूप में जाना जाता है, का उपयोग करने वाली खगोलविदों की एक टीम ने अब इन पांच धीमी गति से घूमने वाले तारों में से पांच पर बारीकी से नज़र डाली है। उन्होंने अपना ध्यान दो तारों, नाम से PSR J0000+6252 और PSR J2131+3642, पर केंद्रित किया ताकि एक वर्ष से अधिक समय तक अत्यधिक सटीकता के साथ उनके स्पिन (घूर्णन) को मापा जा सके। उन्होंने इन दो तारों और तीन अन्य के रेडियो संकेतों का भी अध्ययन किया ताकि यह देखा जा सके कि प्रत्येक पल्स से निकलने वाला प्रकाश क्षण-दर-क्षण कैसे व्यवहार करता है। केवल तारे की औसत चमक को देखने के बजाय, उन्होंने प्रत्येक एकल पल्स का परीक्षण किया, इस बात की तलाश की कि वे कितनी चमकीले या मंद थे, और क्या तारे ने वास्तव में पूरी तरह से संकेत भेजना बंद कर दिया था।
परिणाम बताते हैं कि ये धीमे तारे सरल मॉडलों द्वारा अनुमानित तुलना में कहीं अधिक सक्रिय और अप्रत्याशित हैं। जिन दो तारों का समय सबसे सावधानी से मापा गया था, उनका स्पिन पीरियड 1.11 और 1.55 सेकंड के बीच है, जिसका अर्थ है कि वे प्रति सेकंड एक बार से थोड़ा अधिक घूमते हैं। अनुमान है कि वे लाखों वर्ष पुराने हैं, जिनकी आयु लगभग 4.3 से 6.2 मिलियन वर्ष के बीच है। अपनी आयु और धीमी गति के बावजूद, वे अभी भी बहुत जीवित हैं, जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की तुलना में खरबों गुना अधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों के साथ रेडियो तरंगें भेज रहे हैं। खगोलविदों ने रेडियो तरंगों के ध्रुवीकरण (polarization) को मापा—जो अनिवार्य रूप से प्रकाश के कंपन की दिशा है—कि कैसे तारा घूमते समय बदलता है। एक तारे के लिए, वे इस अभिविन्यास में एक सुचारू वक्र (curve) का पता लगा सके, जो तारे के चुंबकीय क्षेत्र की ज्यामिति को मैप करने में मदद करता है, हालांकि डेटा तारे के झुकाव के सटीक कोणों को निर्धारित करने के लिए पर्याप्त नहीं था। दूसरे के लिए, मानचित्र बनाने के लिए बहुत कम स्पष्ट माप उपलब्ध थे।
सबसे आश्चर्यजनक खोज व्यक्तिगत पल्स को देखने से हुई। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये तारे केवल स्थिर रूप से नहीं चमकते हैं; वे जटिल तरीकों से टिमटिमाते हैं, मंद होते हैं और चमकते हैं। उन्होंने पल्स को तीन श्रेणियों में वर्गीकृत करने के लिए एक सांख्यिकीय पद्धति का उपयोग किया: वे समय जब तारा पूरी तरह से शांत था, वे समय जब वह कमजोर था, और वे समय जब वह चमकीला था। एक तारे, PSR J0000+6252 ने अपने समय का लगभग दो-तिहाई हिस्सा सन्नाटे में बिताया, जिसमें बिना किसी संकेत के पता चले हुए 21 रोटेशन तक के लंबे अंतराल देखे गए। दूसरा तारा, PSR J2131+3642, कभी पूरी तरह से शांत नहीं हुआ; यह बस कमजोर और चमकीले अवस्थाओं के बीच बदलता रहा। नमूने के अन्य तीन तारों ने इन व्यवहारों का मिश्रण दिखाया, जिनमें सन्नाटे, कमजोरी और चमक के बीच बार-बार बदलाव देखा गया। यह विविधता बताती है कि तारे के चुंबकीय वातावरण के भीतर की स्थितियां लगातार बदल रही हैं, जो रेडियो बीम को चालू या बंद कर रही हैं या तारे के वास्तव में मर जाने के बिना ही उसे मंद कर रही हैं।
टीम ने "ब्राइट पल्स" (चमकीले पल्स) की भी तलाश की, जो रेडियो ऊर्जा के एकल फ्लैश हैं जो तारे के सामान्य औसत पल्स से कम से कम दस गुना अधिक शक्तिशाली होते हैं। उन्हें पहले तारे में 42 ऐसे तीव्र फ्लैश मिले, और अन्य दो में से प्रत्येक में चार-चार मिले। ये तीव्र फ्लैश नियमित अंतराल पर नहीं हुए; वे अनियमित स्पार्क्स (चिंगारियों) की तरह अचानक प्रकट हुए। महत्वपूर्ण रूप से, वे घूर्णन चक्र के उसी भाग में हुए जहाँ सामान्य पल्स होते हैं, जो यह सुझाव देता है कि वे केवल ऊर्जा के अचानक उछाल हैं, न कि किसी पूरी तरह से अलग प्रकार का विस्फोट। एक तारे, PSR J2112+4058 ने, यह भी संकेत दिया कि उसके रेडियो तरंगों को अंतरिक्ष से गुजरते समय फैला दिया गया था, एक ऐसा प्रभाव जो आकाशगंगा में इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है, जिसे टीम ने अपने अवलोकन आवृत्ति पर लगभग 5.8 मिलीसेकंड मापा।
ये निष्कर्ष इस विचार को चुनौती देते हैं कि धीमी गति से घूमने वाले न्यूट्रॉन तारे केवल एक अनुमानित तरीके से फीके पड़ जाते हैं। इसके बजाय, वे एक अव्यवस्थित, गतिशील वास्तविकता को प्रकट करते हैं जहाँ रेडियो बीम तारे के चारों ओर के जटिल प्लाज्मा के आधार पर चालू या बंद हो सकती है, या चमक में बढ़ सकती है। तथ्य यह है कि कुछ तारे लंबे समय तक शांत रहते हैं जबकि अन्य सक्रिय रहते हैं लेकिन टिमटिमाते हैं, यह सुझाव देता है कि एक रेडियो पल्सर की "मृत्यु" एक एकल घटना नहीं बल्कि एक लंबी, परिवर्तनशील प्रक्रिया है। इन पांच तारों का अध्ययन करके, खगोलविदों ने दिखाया है कि एक न्यूट्रॉन तारे के रेडियो जीवन का अंतिम अध्याय अप्रत्याशित व्यवहारों से भरा होता है, जो यह समझने के लिए नए सुराग प्रदान करता है कि ये चरम वस्तुएं ऊर्जा कम होने पर भी प्रकाश कैसे उत्पन्न करती हैं।
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