Gravitational Imprints of Dark Energy in Neutron Stars
यह अध्ययन डार्क एनर्जी कोर वाले न्यूट्रॉन सितारों में गैर-त्रिज्यीय -मोड दोलनों की पहली पूर्ण सामान्य सापेक्षतावादी जांच प्रस्तुत करता है, जो यह प्रकट करता है कि ऐसे कोर समीकरण अवस्था (इक्वेशन ऑफ स्टेट) को मृदु बनाते हैं और दोलन गुणों को संशोधित करते हैं, जबकि वर्तमान पल्सर और गुरुत्वाकर्षण तरंग अवलोकनों के साथ सुसंगत रहते हैं और भविष्य के तृतीय-पीढ़ी के डिटेक्टरों के लिए पता लगाने योग्य संकेतों की भविष्यवाणी करते हैं।
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ब्रह्मांड की गहराइयों में, ढहे हुए तारों के अत्यधिक गुरुत्वाकर्षण में छिपे हुए, पदार्थ ऐसी अवस्थाओं में मौजूद है जिन्हें पृथ्वी की किसी भी प्रयोगशाला में पुनरुत्पादित नहीं किया जा सकता। ये पिंड, जिन्हें न्यूट्रॉन तारे (neutron stars) कहा जाता है, ब्रह्मांड की सबसे सघन वस्तुएं हैं, जो एक शहर के आकार के गोले में हमारे सूर्य से अधिक द्रव्यमान समाहित कर लेती हैं। दशकों से, वैज्ञानिक इनका उपयोग यह समझने के लिए एक प्राकृतिक प्रयोगशाला के रूप में करते आए हैं कि इतने अत्यधिक दबाव में पदार्थ कैसे व्यवहार करता है। जबकि हम जानते हैं कि इन तारों की बाहरी परतें परिचित परमाणु नाभिकों से बनी हैं, इनका केंद्र अत्यंत रहस्यमय बना हुआ है। यह एक ऐसा क्षेत्र है जो इतना सघन है कि वहां डार्क एनर्जी (dark energy) जैसे विलक्षण प्रकार के पदार्थ मौजूद हो सकते हैं। डार्क एनर्जी वह अदृश्य बल है जो ब्रह्मांड के विस्तार को संचालित कर रहा है, लेकिन एक तारे के भीतर इसका व्यवहार पूरी तरह से एक अलग प्रश्न है। यदि डार्क एनर्जी एक न्यूट्रॉन तारे के भीतर एक कोर (core) बनाती है, तो यह तारे के आकार, उसके वजन और उसके कंपन करने के तरीके को बदल देगी, जिससे ऐसे संकेत पीछे छूट जाएंगे जिन्हें हम एक दिन पहचान सकते हैं।
भारत की शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस पहेली को सुलझाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है, जिसमें उन्होंने यह सिम्युलेट किया है कि क्या होता है जब एक न्यूट्रॉन तारे में डार्क एनर्जी का कोर होता है। शक्तिशाली कंप्यूटरों का उपयोग करके, उन्होंने एक ऐसे तारे का मॉडल बनाया जो परमाणु पदार्थ के ज्ञात भौतिकी को डार्क एनर्जी के सैद्धांतिक विवरण के साथ जोड़ता है। उन्होंने केवल यह नहीं देखा कि तारा कितना भारी होगा या वह कितना बड़ा दिखाई देगा; वे बहुत गहराई तक गए, और गणना की कि यदि तारे को विचलित किया जाए तो वह कैसे कंपन करेगा। ये कंपन, जिन्हें दोलन (oscillations) कहा जाता है, एक तारे के लिए घंटी की गूंज की तरह होते हैं। शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट प्रकार के कंपन पर ध्यान केंद्रित किया जिसे 'फंडामेंटल मोड' (fundamental mode) कहा जाता है, जो तारे के हिलने का सबसे बुनियादी तरीका है। इन सिमुलेशन को चलाकर, उन्होंने पाया कि डार्क एनर्जी कोर की उपस्थिति तारे की आंतरिक संरचना को 'सॉफ्ट' (कोमल) बना देती है, जिससे बदले में वह अधिकतम वजन कम हो जाता है जो तारा ढहने से पहले सहन कर सकता है। इन परिवर्तनों के बावजूद, उनके मॉडलों में मौजूद तारे हमारे आकाशगंगा में देखे गए वास्तविक न्यूट्रॉन तारों के आकार और वजन की सीमाओं के भीतर ही फिट बैठते हैं।
अध्ययन से पता चला कि डार्क एनर्जी कोर का आकार यह निर्धारित करने में सबसे महत्वपूर्ण कारक है कि तारा कैसा व्यवहार करेगा। यदि डार्क एनर्जी तारे के बिल्कुल केंद्र में एक छोटे से क्षेत्र तक सीमित है, तो तारा एक सामान्य तारे की तरह ही दिखता और कार्य करता है, जिसमें केवल सबसे भारी तारों में सूक्ष्म अंतर दिखाई देते हैं। हालांकि, यदि डार्क एनर्जी अधिक विस्तार तक फैली हुई है, तो यह बहुत व्यापक द्रव्यमान सीमा में तारे के गुणों को बदल देती है। यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका अर्थ है कि एक तारे के आकार और वजन को मापकर, खगोलशास्त्री संभावित रूप से यह बता सकते हैं कि डार्क एनर्जी तारे के भीतर कितनी दूर तक फैली हुई है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये हाइब्रिड तारे विशिष्ट आवृत्तियों (frequencies) पर कंपन करेंगे जो शुद्ध न्यूट्रॉन तारों से भिन्न होती हैं। डार्क एनर्जी कोर वाले भारी तारे अपने हल्के समकक्षों की तुलना में थोड़ा धीमा कंपन करते हैं और अपनी ऊर्जा तेजी से खो देते हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जो स्पेस-टाइम (space-time) में तरंगें पैदा करती है जिन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंगें (gravitational waves) कहा जाता है।
एक सबसे सम्मोहक खोज यह है कि ये कंपन यादृच्छिक नहीं हैं; वे एक अनुमानित पैटर्न का पालन करते हैं जो तारे के आकार को इस बात से जोड़ता है कि वह एक बाइनरी सिस्टम (binary system) में अपने साथी द्वारा कितनी आसानी से खींचा जा सकता है। टीम ने पुष्टि की कि डार्क एनर्जी कोर वाले तारों के उनके मॉडल, विशाल पल्सर (pulsars) से एकत्र किए गए वास्तविक डेटा और टकराते हुए तारों से पता चले गुरुत्वाकर्षण तरंगों के साथ संरेखित होते हैं। यह सुझाव देता है कि ऐसे तारे भौतिक रूप से संभव हैं और हमारे ब्रह्मांड में अस्तित्व में हो सकते हैं। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने इन कंपनों के दौरान उत्सर्जित होने वाली ऊर्जा की गणना की और उस शक्ति का निर्धारण किया जो वे गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न करेंगे। उन्होंने पाया कि इन घटनाओं से उत्पन्न होने वाले संकेत अगली पीढ़ी के गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों द्वारा पकड़े जाने के लिए पर्याप्त मजबूत होंगे, जिनका निर्माण वर्तमान में किया जा रहा है।
इस कार्य में यह भी खोजा गया कि कंपन की ऊर्जा तारे के भीतर कैसे वितरित होती है। आश्चर्यजनक रूप से, भले ही डार्क एनर्जी कोर समग्र संरचना को बदल देता है, कंपन ऊर्जा के फैलने का तरीका एक सामान्य न्यूट्रॉन तारे के समान ही रहता है। ऊर्जा तारे के मध्य के चारों ओर एक विशिष्ट रिंग (वलय) में केंद्रित होती है, चाहे डार्क एनर्जी कितनी भी मौजूद क्यों न हो। यह निरंतरता बताती है कि तारे की बाहरी परतें कंपन पर हावी रहती हैं, जो एक ढाल के रूप में कार्य करती हैं और दोलन के मूल चरित्र को सुरक्षित रखती हैं। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि हालांकि डार्क एनर्जी कोर तारे के द्रव्यमान, आकार और कंपन आवृत्ति पर स्पष्ट छाप छोड़ता है, लेकिन यह तारे के चलने के नियमों को पूरी तरह से नहीं बदलता है।
अंततः, यह शोध अत्यधिक वातावरण में डार्क एनर्जी के अस्तित्व का परीक्षण करने का एक नया तरीका प्रदान करता है। इन मॉडलों से प्राप्त भविष्य के अवलोकनों और कंपन तथा गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेतों की तुलना करके, वैज्ञानिक अंततः यह पुष्टि कर पाएंगे कि क्या डार्क एनर्जी न्यूट्रॉन तारों के हृदय में छिपी हुई है। संकेत मंद हैं, लेकिन वे निकट भविष्य में आने वाले उपकरणों की पहुंच के भीतर हैं। यदि पता लगाया जाता है, तो ये गुरुत्वाकर्षण तरंगें एक तारे के छिपे हुए आंतरिक भाग की सीधी झलक प्रदान करेंगी, जो यह सिद्ध करेगी कि ब्रह्मांड का सबसे रहस्यमय बल वास्तव में सबसे सघन पिंडों पर अपनी छाप छोड़ सकता है।
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