Radiation simulation of ⁶⁰Fe in lunar regolith decay
यह शोध पत्र चंद्र रेगोलिथ (lunar regolith) में सुपरनोवा द्वारा जमा किए गए ⁶⁰Fe के क्षय से उत्पन्न गामा-किरण प्रवाह का अनुकरण करता है, जिससे यह स्पष्ट होता है कि हालांकि MeV-ऊर्जा वाली रेखाएं अत्यधिक अवशोषित होने वाली 58.6 keV रेखा की तुलना में काफी अधिक प्रवेश करने में सक्षम हैं, फिर भी कुल उत्सर्जन वर्तमान अंतरिक्ष-आधारित गामा-किरण दूरबीनों की पहचान सीमाओं (detection thresholds) से नीचे रहता है।
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हमारे सौर मंडल के इतिहास की गहराइयों में, हिंसक रूपांतरण के ऐसे क्षण मौजूद हैं जो अदृश्य निशान छोड़ जाते हैं। जब एक विशाल तारा अपने जीवन के अंत में पहुँचता है और सुपरनोवा के रूप में फट जाता है, तो यह एक ब्रह्मांडीय भट्टी (कॉस्मिक फोर्ज) के रूप में कार्य करता है, जो भारी तत्वों का निर्माण करता है और उन्हें आकाशगंगा में चारों ओर बिखेर देता है। इनमें से एक तत्व आयरन-60 है, जो लोहे का एक दुर्लभ और रेडियोधर्मी संस्करण है जो पृथ्वी पर प्राकृतिक रूप से महत्वपूर्ण मात्रा में मौजूद नहीं है। चूंकि यह आइसोटोप लाखों वर्षों में एक स्थिर, ज्ञात दर पर क्षय होता है, इसलिए यह खगोलविदों के लिए एक सटीक घड़ी के रूप में कार्य करता है। यदि पिछले कुछ मिलियन वर्षों के भीतर हमारे सौर मंडल के अपेक्षाकृत करीब कोई सुपरनोवा हुआ था, तो उस विस्फोट का मलबा आसपास की हर चीज़ पर बरसा होगा, जिसमें चंद्रमा भी शामिल है। पृथ्वी के विपरीत, जहाँ हवा, पानी और स्थानांतरित टेक्टोनिक प्लेटें लगातार सतह को पुनर्चक्रित करती हैं और ऐसे प्राचीन रिकॉर्ड को मिटा देती हैं, चंद्रमा अरबों वर्षों से भूगर्भीय रूप से शांत रहा है। इसकी धूल भरी सतह, जिसे रेगोलिथ कहा जाता है, एक प्राचीन संग्रह (आर्काइव) के रूप में कार्य करती है, जो आकाश से गिरे इस परग्रही लोहे की एक परत को संरक्षित करती है।
तिब्बत विश्वविद्यालय और तिब्बत प्राकृतिक विज्ञान संग्रहालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में यह समझने के लिए प्रयास किया कि यह दफन लोहा वास्तव में कितना संकेत भेजता है। जब आयरन-60 क्षय होता है, तो यह गामा किरणों के रूप में ऊर्जा छोड़ता है, जो प्रकाश के उच्च-ऊर्जा कण हैं। वैज्ञानिक यह जानना चाहते थे कि क्या ये किरणें चंद्रमा की धूल भरी सतह से बाहर निकल सकती हैं और पृथ्वी तक यात्रा कर सकती हैं, जहाँ हमारे टेलीस्कोप उन्हें पकड़ सकें। उत्तर खोजने के लिए, उन्होंने एक विस्तृत कंप्यूटर मॉडल बनाया जो इन गामा किरणों की यात्रा का अनुकरण करता है, जबकि वे चंद्रमा की मिट्टी के माध्यम से निकलने की कोशिश करती हैं। उन्होंने धूल की परत की मोटाई, मिट्टी के घनत्व और किरणों की विशिष्ट ऊर्जा को ध्यान में रखा, और यह गणना की कि कितने कण मिट्टी द्वारा अवशोषित हो जाते हैं बनाम कितने सफलतापूर्वक अंतरिक्ष में मुक्त हो पाते हैं।
सिमुलेशन ने कम-ऊर्जा वाली किरणों और उच्च-ऊर्जा वाली किरणों के बीच एक स्पष्ट अंतर प्रकट किया। आयरन-60 का क्षय तीन मुख्य प्रकार की गामा किरणें उत्पन्न करता है, लेकिन सबसे कम ऊर्जा वाला प्रकार, जो 58.6 किलोइलेक्ट्रॉन वोल्ट पर है, एक कठिन यात्रा का सामना करता है। चंद्र मिट्टी इन कमजोर किरणों को रोकने में बहुत प्रभावी है; वे अपने सामने आने वाले धूल के कणों द्वारा लगभग तुरंत अवशोषित कर ली जाती हैं। मॉडल ने दिखाया कि केवल मिट्टी की सबसे ऊपरी परत में स्थित आयरन परमाणु ही उस संकेत में योगदान दे सकते हैं जो शायद बाहर निकल सके, जो सतह के लगभग डेढ़ सेंटीमीटर के भीतर है। भले ही ऐसा हो, पृथ्वी तक पहुँचने वाली ऊर्जा की मात्रा अविश्वसनीय रूप से कम है, जिसे लगभग 6.55 x 10^-24 अर्ग प्रति वर्ग सेंटीमीटर प्रति सेकंड के रूप में मापा गया है। यह संकेत इतना कमजोर है कि यह ब्रह्मांड के बैकग्राउंड शोर के विरुद्ध लगभग अदृश्य है।
इसके विपरीत, उच्च-ऊर्जा वाली किरणें, विशेष रूप से 1173 और 1332 किलोइलेक्ट्रॉन वोल्ट वाली, बहुत अलग व्यवहार करती हैं। क्योंकि वे बहुत अधिक ऊर्जा ले जाती हैं, वे चंद्र मिट्टी में गहराई तक प्रवेश कर सकती हैं, और रुकने से पहले दस सेंटीमीटर तक की धूल के माध्यम से यात्रा कर सकती हैं। जमीन के माध्यम से यात्रा करने की यह क्षमता दफन लोहे के एक बड़े आयतन को संकेत में योगदान देने की अनुमति देती है। परिणामस्वरूप, पृथ्वी पर पहुँचने वाले ऊर्जा के प्रवाह (फ्लक्स) की मात्रा, इन उच्च-ऊर्जा किरणों के लिए, निम्न-ऊर्जा वाले संकेत से लगभग दस हजार गुना अधिक है। हालांकि यह एक महत्वपूर्ण सुधार है, शोधकर्ताओं ने पाया कि हम तक पहुँचने वाली कुल विकिरण अभी भी हमारे वर्तमान उपकरणों के लिए पकड़ में आने हेतु बहुत धुंधली है। हमारे पास आज जो सर्वश्रेष्ठ अंतरिक्ष टेलीस्कोप हैं, उनमें चंद्रमा से इस विशिष्ट संकेत को पकड़ने के लिए आवश्यक संवेदनशीलता की कमी है।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि चंद्रमा वास्तव में पास के सुपरनोवा विस्फोटों के इतिहास को संरक्षित करने के लिए एक आदर्श संग्रह है, लेकिन गामा किरणों के माध्यम से इसकी कहानी सुनना वर्तमान में हमारी पहुंच से बाहर है। संकेत वहां है, धूल में दफन है, लेकिन यह हमारे कानों के लिए बहुत शांत है। यह निष्कर्ष यह नहीं है कि खोज समाप्त हो गई है; बल्कि, यह भविष्य के मिशनों के लिए एक स्पष्ट लक्ष्य प्रदान करता है। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि यदि हम इन उच्च-ऊर्जा किरणों के लिए विशेष रूप से ट्यून किए गए नए, अधिक संवेदनशील डिटेक्टर बनाते हैं, या यदि हम दूरी और अंतरिक्ष के हस्तक्षेप से बचने के लिए सीधे चंद्र सतह पर उपकरण रखते हैं, तो हम अंततः उन प्राचीन तारकीय विस्फोटों की गूँज को सुन पाएंगे। तब तक, आयरन-60 चंद्र धूल में एक मूक साक्षी बना हुआ है, जो भविष्य की पीढ़ी के उपकरणों के अनलॉक करने की प्रतीक्षा कर रहा है।
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