Molecular and Atomic Gas Associated with the Gamma Ray Supernova Remnant RCW 103
यह अध्ययन प्रकट करता है कि गामा-रे सुपरनोवा अवशेष (रेमनेंट) RCW 103 के आसपास की आणविक और परमाणु गैस संभवतः शॉक तरंगों द्वारा संचालित विस्तार गति प्रदर्शित करती है, फिर भी अवशेष की आश्चर्यजनक रूप से कम कॉस्मिक-रे प्रोटॉन ऊर्जा यह संकेत देती है कि इसकी शॉक ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा कॉस्मिक किरणों को त्वरित करने के बजाय तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो गया है।
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ब्रह्मांड उच्च गति वाले कणों से भरा हुआ है जिन्हें कॉस्मिक किरणें (cosmic rays) कहा जाता है, जो लगातार पृथ्वी पर बमबारी करती रहती हैं। दशकों से, खगोलविदों को संदेह रहा है कि मरते हुए सितारों के हिंसक विस्फोट, जिन्हें सुपरनोवा कहा जाता है, इन कणों को इतनी अविश्वसनीय गति तक त्वरित करने वाले प्राथमिक कारखाने हैं। जब एक तारा फटता है, तो वह आसपास के अंतरिक्ष में एक शॉक वेव (आघात तरंग) भेजता है, जो एक प्राकृतिक कण त्वरक (particle accelerator) की तरह कार्य करता है। हालाँकि, यह सिद्ध करना कि इन कॉस्मिक किरणों को बनाने में वास्तव में कितनी ऊर्जा जाती है, कठिन रहा है। इसे समझने के लिए, वैज्ञानिकों को उस गैस और धूल को देखना होगा जिससे विस्फोट टकराता है। यदि शॉक वेव गैस के घने बादलों से टकराती है, तो उसे गामा किरणों नामक एक विशिष्ट प्रकार का उच्च-ऊर्जा प्रकाश उत्पन्न करना चाहिए। यह मापने से कि कितनी गैस मौजूद है और गामा किरणें कितनी चमकीली हैं, शोधकर्ता विस्फोट के कुल ऊर्जा बजट की गणना कर सकते हैं और देख सकते हैं कि यह कॉस्मिक किरणों में कितनी कुशलता से परिवर्तित होती है।
astronomers की एक टीम ने हाल ही में अपना ध्यान हमारी अपनी आकाशगंगा में स्थित RCW 103 नामक एक अपेक्षाकृत युवा सुपरनोवा अवशेष (supernova remnant) की ओर केंद्रित किया। यह वस्तु लगभग 2,000 से 4,400 साल पहले फटे एक तारे द्वारा छोड़ी गई गैस के फैलते हुए खोल (shell) का अवशेष है। जबकि पिछले अध्ययनों ने इस खोल के किनारे के पास कुछ गैस की पहचान की थी, इस विस्फोट के आसपास मौजूद सामग्री की पूरी तस्वीर अभी भी अस्पष्ट थी। इसे हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने परमाणु हाइड्रोजन और अवशेष के भीतर छिपी आणविक गैस, दोनों का मानचित्र बनाने के लिए ऑस्ट्रेलिया में रेडियो डिशों और चिली में उच्च-रिज़ॉलण उपकरणों सहित कई शक्तिशाली दूरबीनों के डेटा को संयोजित किया। उन्होंने गैस की एक विशिष्ट गति सीमा पर ध्यान केंद्रित किया ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे विस्फोट से भौतिक रूप से जुड़े पदार्थ को देख रहे हैं, न कि अग्रभूमि या पृष्ठभूमि में तैरते हुए असंबंधित बादलों को।
परिणामी मानचित्रों ने विस्फोट और उसके वातावरण के बीच एक आश्चर्यजनक संबंध प्रकट किया। आणविक गैस, जो कार्बन मोनोऑक्साइड जैसे अणुओं से बनी है, एक ऐसे खोल का निर्माण करती है जो गर्म, झटके से प्रभावित (shocked) सामग्री द्वारा उत्सर्जित एक्स-रे चमक के आकार से बारीकी से मेल खाता है। यह गैस स्थिर नहीं है; डेटा दिखाता है कि यह लगभग 7.5 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से बाहर की ओर फैल रही है। यह गति बताती है कि गैस को या तो प्रारंभिक विस्फोट की लहर द्वारा धकेला गया था या शायद विस्फोट से पहले तारे की तीव्र हवाओं द्वारा। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि गैस केवल बाहर की एक पतली परत नहीं है बल्कि अवशेष के आंतरिक भाग में गहराई तक फैली हुई है, जो उस स्थान को भर देती है जहाँ विस्फोट हुआ था। यह एक महत्वपूर्ण विवरण है, क्योंकि कई अन्य सुपरनोवा अवशेषों के बारे में माना जाता है कि उनके केंद्र खोखले होते हैं जहाँ गैस को हटा दिया गया होता है।
इन विस्तृत मानचित्रों का उपयोग करते हुए, टीम ने क्षेत्र में मौजूद कुल गैस की गणना की। उन्होंने पाया कि प्रोटॉन (जो गैस के निर्माण खंड हैं) का घनत्व अत्यंत उच्च है, जिसका औसत लगभग 810 कण प्रति घन सेंटीमीटर है। यह तारों के बीच के विशिष्ट खाली स्थान से सैकड़ों गुना अधिक घना है। लक्षित सामग्री के इस सटीक माप के साथ, वे सुपरनोवा द्वारा त्वरित कॉस्मिक-रे प्रोटॉन की कुल ऊर्जा का अनुमान लगा सके। गणना से लगभग 3.0 x 10^47 अर्ग्स (ergs) का मान प्राप्त हुआ। हालांकि यह एक विशाल मात्रा लगती है, लेकिन यह समान आयु के अन्य गामा-रे-चमकदार सुपरनोवा अवशेषों में देखी जाने वाली विशिष्ट मात्रा से दस गुना से भी कम है।
यह कम ऊर्जा उत्पादन RCW 103 के भीतर क्या हुआ था, इसके बारे में एक विशिष्ट कहानी बताता है। कई अन्य सुपरनोवा अवशेषों में, शॉक वेव खाली स्थान के माध्यम से यात्रा करती है, जिससे वह कणों को उच्च गति तक कुशलतापूर्वक त्वरित कर पाती है। हालाँकि, RCW 103 में, शॉक वेव शुरुआत से ही एक घने, सघन वातावरण से टकराती हुई प्रतीत होती है। शोधकर्ता प्रस्ताव देते हैं कि कॉस्मिक किरणों को तेज करने के बजाय, विस्फोट ने अपनी ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा अपने आस-पास की घनी गैस को गर्म करने में खर्च कर दिया। यह तापन प्रक्रिया अवशेष के केंद्र में हावी होने वाली चमकीली थर्मल एक्स-रे के रूप में दिखाई देती है। अनिवार्य रूप से, विस्फोट इतना प्रभावी रहा होगा कि उसने आसपास की गैस को गर्म करने में अपनी काफी शक्ति लगा दी, जिससे उच्च गति वाले कणों (जो कॉस्मिक किरणों का निर्माण करते हैं) को बनाने के लिए कम ऊर्जा उपलब्ध रह गई। यह खोज इस बात पर प्रकाश डालती है कि जिस वातावरण में एक तारा फटता है, वह यह निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है कि वह कितनी कॉस्मिक विकिरण उत्पन्न करता है, जिससे यह संकेत मिलता है कि घने, गैस-भरे क्षेत्र इन ऊर्जावान कणों के लिए पहले की तुलना में कम कुशल कारखाने हो सकते हैं।
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