सिमुलेशन से अंतरिक्ष में घूमती दुर्लभ जुड़वां रेडियो आकाशगंगाओं का पता लगाया गया

Twin radio galaxies (TRGs) are extremely rare objects, with only three known so far.  Most galaxies are known to host a supermassive black hole (SMBH) at their centers, which evolves over time by accreting matter from their surrounding environment, forming an accretion disk around them. During this active accretion phase, they also eject a fraction of this matter in the form of two plasma jets in opposite directions, and aligned with the rotation axis of the black hole itself. These jets propagate through their ambient medium and can extend over a distance of a few million light-years. The morphology of these jets is shaped by their interaction with the surrounding medium, as they battle their way outwards. These jets are best studied through their emission in the radio wavebands.

 

by- Jyoti Rawat-

शोधकर्ताओं ने हाल ही में खोजी गई जुड़वां रेडियो आकाशगंगाओं (टीआरजी) की जटिल आकृति को पुनः प्रस्तुत किया है, जिससे ऐसे रहस्य उजागर हुए हैं जो इनसे निकलने वाले जेटों के भौतिकी की समझ को नया रूप दे रहे हैं। यह समझने में एक महत्वपूर्ण कदम है कि ब्लैक-होल द्वारा संचालित जेट मेजबान आकाशगंगा माध्यम के साथ कैसे अंतःक्रिया करते हैं, उनकी गतिशीलता को कैसे बदलते हैं, ऊर्जा कैसे जमा करते हैं और लोब कैसे बनाते हैं, और आकाशगंगा के पर्यावरण को कैसे प्रभावित करते हैं।

जुड़वां रेडियो आकाशगंगाएँ (टीआरजी) अत्यंत दुर्लभ वस्तुएँ हैं, जिनमें से अब तक केवल तीन ही ज्ञात हैं। अधिकांश आकाशगंगाओं के केंद्र में एक महाविशाल ब्लैक होल (एसएम बीएच) पाया जाता है, जो समय के साथ अपने आसपास के वातावरण से पदार्थ को एकत्रित करके विकसित होता है और अपने चारों ओर एक अभिवृद्धि डिस्क बनाता है। इस सक्रिय अभिवृद्धि चरण के दौरान, वे इस पदार्थ के एक अंश को दो प्लाज्मा जेट के रूप में विपरीत दिशाओं में, और ब्लैक होल के घूर्णन अक्ष के साथ संरेखित होकर, बाहर भी निकालते हैं। ये जेट अपने परिवेशी माध्यम से प्रसारित होते हैं और कुछ मिलियन प्रकाश-वर्ष की दूरी तक फैल सकते हैं। इन जेटों की आकृति आसपास के माध्यम से उनकी अंतःक्रिया द्वारा आकार लेती है, क्योंकि वे बाहर की ओर अपना रास्ता बनाते हैं। इन जेटों का सबसे अच्छा अध्ययन रेडियो तरंग बैंड में उनके उत्सर्जन के माध्यम से किया जाता है।

आकाशगंगाएं एक-दूसरे के साथ विलय करके फैलती और विकसित होती हैं, और जब वे ऐसा करती हैं, तो उनके संबंधित एसएमबीएच तारकीय गतिशील घर्षण और/या ऊर्जा क्षय के कारण धीरे-धीरे एक-दूसरे की ओर डूब जाते हैं, और अंततः एक द्वि- एसएमबीएच या दोहरी- एसएमबीएच प्रणाली का निर्माण करते हैं।

बहुत कम ही ऐसा होता है कि दो विशाल आकाशगंगाओं के ऐसे विलय के दौरान, उनकी दोनों एसएमबीएच आकाशगंगाएँ द्विध्रुवीय जेट उत्सर्जित करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप जुड़वां रेडियो आकाशगंगाएँ, या टीआरजी बनती हैं। अब तक केवल तीन ऐसी टीआरजी खोजी गई हैं, जिनमें से प्रत्येक जुड़वां आकाशगंगाएँ विपरीत दिशा में निर्देशित जेट्स की एक जोड़ी उत्सर्जित करती हैं। तीसरी टीआरजी, जिसका नाम टीआरजी जे104454+354055 है, की खोज 2022 में पुणे के पास भारत के उन्नत विशाल मीटरवेव रेडियो टेलीस्कोप (यूजीएमआरटी) से प्राप्त डेटा का उपयोग करके की गई थी। अन्य दो टीआरजी की खोज तीन दशक से भी पहले हुई थी।

इस नए खोजे गए टीआरजी में, रेडियो जेट के दोनों सेट 0.3 मिलियन प्रकाश-वर्ष की दूरी तक देखे जा सकते हैं, साथ ही उनकी लंबाई के साथ कुंडलित और मुड़ी हुई संरचनाएँ भी स्पष्ट रूप से दिखाई देती हैं। दोनों एसएमबीएच स्वयं लगभग 0.1 मिलियन प्रकाश-वर्ष की दूरी पर स्थित हैं।

विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के एक स्वायत्त संस्थान, भारतीय खगोल भौतिकी संस्थान (आईआईए) के खगोलविदों के नेतृत्व में एक टीम ने हाल ही में खोजे गए टीआरजी की जटिल आकृति को पुन: प्रस्तुत करने के लिए त्रि-आयामी हाइड्रोडायनामिक सिमुलेशन का उपयोग किया। शोधकर्ताओं ने पाया कि दोनों द्विध्रुवीय जेट एक-दूसरे से अच्छी तरह अलग रहते हैं और बिना किसी अंतःक्रिया के कुंडलाकार आकृति के समानांतर गति करते हैं, जो अवलोकन के साथ तुलनीय है।

एस्ट्रोफिजिकल जर्नल में प्रकाशित उनके अध्ययन ने इस प्रणाली में दो विशालकाय ब्लैक होल से निकलने वाले जुड़वां प्लाज्मा जेटों के धीमे घूमने (जैसे एक घूमता हुआ लट्टू धीमा होने पर डगमगाता है) या पूर्वगमन द्वारा निभाई गई महत्वपूर्ण भूमिका को सिद्ध किया, जिससे प्रेक्षित संरचनाएं बनीं।

आईआईए में रामानुजन फेलो और अध्ययन के प्रमुख लेखक शांतनु मंडल ने कहा, “नए खोजे गए टीआरजी ने ऐसी जटिल प्रणालियों को समझने के लिए एक अद्वितीय परीक्षण स्थल के रूप में एक दुर्लभ अवसर प्रदान किया है। उनकी स्पष्ट आकृति के बावजूद, हम उनके स्वरूप और अंतर्निहित उत्पत्ति के पीछे के भौतिक कारण के बारे में शायद ही जानते हैं।”

“इसलिए, हमने टीआरजी जे104454+354055 में देखी गई आकृति विज्ञान की उत्पत्ति को समझने के लिए कंप्यूटर मॉडलिंग का एक कार्यक्रम शुरू किया।” उन्होंने विभिन्न वातावरण के लिए दोनों जेट के विकास और रूप विज्ञान का अनुकरण किया, दोनों द्विध्रुवीय जेट में पूर्वगमन के प्रभावों को शामिल किया, और उनकी तुलना देखी गई संरचनाओं से की। गुरुत्वाकर्षण परस्पर क्रिया के कारण, जेट के पूर्वगमन की दिशा, अंतरिक्ष में घूमते हुए लट्टू की दिशा के समान, अपेक्षित है। यह परस्पर क्रिया तब होती है जब एक ब्लैक होल दूसरे घूमते हुए ब्लैक होल या उसकी डिस्क को खींचता है। इससे जेट के प्रक्षेपण की दिशा धीरे-धीरे बदल सकती है।

 

चित्र: बाएँ: 1.4 जीएचएस  पर टीआरजी  जे104454 +354055 का रंग-कोडित यूजीएमआरटी चित्र । दाएँ: 1.4 गीगाहर्ट्ज पर टीआरजी का सिम्युलेटेड रेडियो सिंक्रोट्रॉन तीव्रता मानचित्र। चित्र में विभिन्न संरचनाएँ (मोड़, लोब और प्लम) अंकित हैं

 

 

आईआईए के संकाय सदस्य और मूल खोज दल के सदस्य रवि जोशी बताते हैं, “हमने पाया कि हमारे त्रि-आयामी सिमुलेशन कुछ मापदंडों के लिए प्रेक्षित आकारिकी को संतोषजनक ढंग से समझाने में सक्षम थे। सिमुलेशन हमें यह भी बताने में सक्षम थे कि पिछले 19 करोड़ वर्षों में दोनों आकाशगंगाओं के बीच गुरुत्वाकर्षणीय अंतःक्रिया के कारण यह आकारिकी कैसे विकसित हुई।” इसके अतिरिक्त, सिमुलेशन से पता चला कि दोनों जेटों की गति ऊर्ध्वाधर दिशा (वाई-अक्ष) में कमोबेश स्थिर है, लेकिन पार्श्व दिशा (एक्स-अक्ष) में मुख्यतः गतिकी और पुरस्सरण प्रभावों के कारण उतार-चढ़ाव हो रहा था। एक विशेष मॉडल के सिमुलेशन प्रेक्षणों में विभिन्न उतार-चढ़ावों को पुन: प्रस्तुत करने में सक्षम थे, लेकिन केवल जेट पुरस्सरण को शामिल करके।

“हमने यह स्थापित किया है कि यह प्रिसेशन तब भी प्रभावी होता है जब दो एसएमबीएच या उनके जेट एक-दूसरे से दस लाख प्रकाश-वर्ष की दूरी पर स्थित होते हैं। जब एक घूर्णनशील डिस्क के माध्यम से एसएमबीएच पर एकत्रित होने वाला पदार्थ ब्लैक होल के घूर्णन के साथ संरेखित नहीं होता है, तो हम उम्मीद करते हैं कि डिस्क द्वारा प्रक्षेपित जेट अंतरिक्ष में प्रक्रमित होंगे, या धीरे-धीरे घूमेंगे,” शांतनु मोंडल बताते हैं।

उन्होंने कहा, “इस प्रकार के अध्ययन अभिवृद्धि और जेट के बीच संबंध, उनके प्रसार के दौरान जेट के आकार में परिवर्तन और आसपास के माध्यम के प्रभाव को समझने में महत्वपूर्ण हैं।”

टीआरजी जेट गतिशीलता को समझने के लिए इस दृष्टिकोण को अन्य टीआरजी प्रणालियों पर भी लागू किया जा सकता है, जिन्हें स्क्वायर किलोमीटर ऐरे (एसकेए) और इसके पाथफाइंडर सर्वेक्षणों के आगामी युग में खोजा जा सकता है।

समय के साथ जेट कैसे विकसित होते हैं, इसके वीडियो सिमुलेशन का लिंक: https://surl.lt/haatip

यह अध्ययन, “द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल” में प्रकाशित हुआ था और इसे आईआईए से शांतनु मोंडल और रवि जोशी, दक्षिण अफ्रीका से गौरव गिरी, यूएसए से पॉल जे. विटा, यूएम-डीएई सीईबीएस मुंबई से गोपाल-कृष्णा और चीन से लुइस हो ने लिखा है।