Jets with Streaks: the Global Dynamics and Structure of Striped Poynting flux dominated Jets
यह शोध पत्र पहले वैश्विक अक्षीय सममित (axisymmetric) GRMHD सिमुलेशन प्रस्तुत करता है जो यह प्रदर्शित करता है कि एक घूमते हुए ब्लैक होल पर बारी-बारी से बनने वाले चुंबकीय लूपों द्वारा प्रक्षेपित स्ट्राइप्ड पॉइंटिंग-फ्लक्स-प्रभावी जेट्स, एक गैर-सापेक्षिक आवरण (non-relativistic sheath) से घिरे एक सापेक्षिक कोर का निर्माण करते हैं और बड़ी दूरियों पर करंट शीट्स के माध्यम से महत्वपूर्ण ऊर्जा का क्षय करते हैं, जो ब्लाज़र्स और गामा-रे बर्स्ट में देखे जाने वाले उच्च-ऊर्जा उत्सर्जन के लिए एक व्यवहार्य तंत्र प्रदान करते हैं।
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ब्रह्मांड के इस विशाल, शांत रंगमंच में, कुछ सबसे हिंसक और ऊर्जावान घटनाएं ब्लैक होल द्वारा संचालित होती हैं। जब पदार्थ इन गुरुत्वाकर्षण दिग्गजों में सर्पिल रूप से गिरता है, तो वह केवल लुप्त नहीं हो जाता; अक्सर, उसे अंतरिक्ष में लगभग प्रकाश की गति से संकीर्ण, केंद्रित किरणों के रूप में वापस फेंका जाता है जिन्हें 'जेट्स' कहा जाता है। ये जेट्स, जो दूर स्थित आकाशगंगाओं के केंद्रों से लेकर ढहते हुए तारों के अवशेषों तक के तंत्रों में देखे जाते हैं, अति-तप्त गैस और तीव्र चुंबकीय क्षेत्रों से बने होते हैं। दशकों से, खगोलशास्त्री इस बात को समझने के लिए संघर्ष कर रहे हैं कि ये जेट इतनी अविश्वसनीय गति तक कैसे पहुँच पाते हैं और, इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि वे उस अपार ऊर्जा को कैसे मुक्त करते हैं जो पृथ्वी से हमारे द्वारा पकड़े जाने वाले प्रकाश के शानदार चमक पैदा करती है। प्रचलित सिद्धांत बताता है कि ब्लैक होल के माध्यम से गुजरने वाले चुंबकीय क्षेत्र एक ब्रह्मांडीय इंजन की तरह कार्य करते हैं, लेकिन वह सटीक तंत्र जिसके द्वारा यह चुंबकीय ऊर्जा उस प्रकाश और ऊष्मा में परिवर्तित होती है जिसे हम देखते हैं, एक पहेली बना हुआ है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस रहस्य को सुलझाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है, जिसमें उन्होंने एक विशिष्ट प्रकार के जेट के जन्म और जीवन का अनुकरण (सिमुलेशन) किया है, जो एक धारीदार रिबन की तरह संरचित है। इस परिदृश्य में, चुंबकीय क्षेत्र समान नहीं होते; इसके बजाय, वे वैकल्पिक परतों में अपनी दिशा बदलते हैं, जिससे धारियों का एक पैटर्न बनता है। शोधकर्ताओं ने शक्तिशाली सुपर कंप्यूटरों का उपयोग यह मॉडल करने के लिए किया कि कैसे गैस के एक घूमते हुए डिस्क से गिरने वाले चुंबकीय लूप एक घूमते हुए ब्लैक होल पर गिरते समय इन धारीदार जेट्स का निर्माण करते हैं। उनके सिमुलेशन ने इन जेट्स का उनके उद्गम बिंदु से ब्लैक होल के आकार के दस हजार गुना दूरी तक पीछा किया, जिससे पता चला कि ये जेट एकल, ठोस धाराएं नहीं हैं। इसके बजाय, वे ऊर्जा के छोटे, अलग-अलग विस्फोटों या "मिनी-जेट्स" की एक श्रृंखला से बने हैं, जो एक के बाद एक छोड़े जाते हैं। प्रत्येक मिनी-जेट एक ऐसा चुंबकीय क्षेत्र ले जाता है जिसकी ध्रुवता (पोलैरिटी) अपने पड़ोसी से विपरीत होती है, जिससे एक नेस्टेड संरचना बनती है जहाँ एक तेज़, सापेक्षतावादी (रिलेटिविस्टिक) कोर एक धीमी, ठंडी चुंबकीय रेखाओं की परत से घिरा होता है।
अध्ययन में पाया गया कि इन जेट्स के कुशल निर्माण के लिए, अभिवृद्धि चक्र (एक्रीशन डिस्क) में चुंबकीय लूपों को ब्लैक होल के बहुत करीब, घटना क्षितिज (इवेंट होराइजन) के आकार के लगभग पचास गुना के भीतर से उत्पन्न होना चाहिए। यदि ये लूप और बाहर बनते हैं, तो डिस्क में विक्षोभ (टर्बुलेंस) उन्हें निगलने से पहले ही तोड़ देता है, जिससे एक सुसंगत जेट का निर्माण रुक जाता है। एक बार लॉन्च होने के बाद, मिनी-जेट्स अपने भीतर के चुंबकीय दबाव द्वारा संचालित होकर तेजी से त्वरित होते हैं। सिमुलेशन ने दिखाया कि जब तक जेट अपने केंद्रीय अक्ष के संपर्क में रहता है, तब तक यह रैखिक रूप से त्वरित होता है, और चौड़ा होने के साथ अपनी गति बढ़ाता है। हालांकि, यह त्वरण अंततः तब रुक जाता है जब जेट इतना फैल जाता है कि जानकारी किनारों से केंद्र तक वापस नहीं आ पाती, जिससे प्रभावी रूप से वह इंजन ही कट जाता है जो गति को संचालित करता है।
इस कार्य की सबसे महत्वपूर्ण खोज यह है कि वैकल्पिक चुंबकीय धारियां आपस में टकराने पर क्या होता है। जैसे-जैसे मिनी-जेट्स बाहर की ओर यात्रा करते हैं, पीछे रहने वाले जेट अंततः आगे वाले जेटों के करीब पहुँच जाते हैं। जब एक मिनी-जेट, जिसका चुंबकीय क्षेत्र एक दिशा में होता है, एक ऐसे पड़ोसी से मिलता है जिसका क्षेत्र दूसरी दिशा में होता है, तो चुंबकीय रेखाएं एक साथ दब जाती हैं और टूट जाती हैं, जिसे 'रिकनेक्शन' (पुनर्संयोजन) कहा जाता है। यह टूटना विद्युत धारा की पतली, तीव्र परतें बनाता है जिन्हें 'करंट शीट्स' कहा जाता है। शोधकर्ताओं ने मापा कि ये करंट शीट्स जेट की ऊर्जा के एक बड़े हिस्से को—कुल शक्ति के दस प्रतिशत तक—ऊष्मा और प्रकाश में बदलने में सक्षम हैं। यह प्रक्रिया ब्लैक होल के ठीक बाहर से लेकर जेट स्ट्रीम में बहुत दूर तक, दूरियों की एक विस्तृत श्रृंखला में होती है।
ये निष्कर्ष उच्च-ऊर्जा खगोल विज्ञान के कुछ सबसे पहेलीनुमा अवलोकनों के लिए एक सम्मोहक स्पष्टीकरण प्रदान करते हैं। खगोलशास्त्री लंबे समय से ब्लाज़र्स के जेट में दिखने वाली "सुपरलूमिनल" (प्रकाश से तेज दिखने वाली) विशेषताओं से हैरान रहे हैं, जो उनकी अत्यधिक गति और पृथ्वी की ओर उनके कोण के कारण प्रकाश से भी तेज़ चलती प्रतीत होती हैं, साथ ही ब्रह्मांडीय विस्फोटों में देखी जाने वाली तीव्र, तीव्र गामा किरणें भी। सिमुलेशन बताते हैं कि इन प्रणालियों में देखे जाने वाले चमकीले, तेज़ गति वाले प्रकाश के पिंड केवल यादृच्छिक उतार-चढ़ाव नहीं हैं, बल्कि वे उन करंट शीट्स के प्रत्यक्ष परिणाम हैं जहाँ चुंबकीय धारियां आपस में टकराती हैं। यह दिखाकर कि कैसे एक धारीदार, वैकल्पिक चुंबकीय संरचना स्वाभाविक रूप से कुशल ऊर्जा अपव्यय की ओर ले जाती है, यह अध्ययन इस मामले को मजबूत करता है कि यह विशिष्ट तंत्र ब्रह्मांड की सबसे चमकदार और ऊर्जावान घटनाओं को संचालित करने के लिए जिम्मेदार है। यह कार्य यह दावा नहीं करता है कि इसने जेट भौतिकी के हर पहलू को हल कर लिया है, लेकिन यह एक पूर्ण, स्व-सुसंगत चित्र प्रस्तुत करता है कि कैसे धारीदार जेट जन्म लेते हैं, वे कैसे त्वरित होते हैं, और वे अंततः कैसे चमकते हैं।
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