वैज्ञानिकों ने खगोलीय पिंडों से खगोल भौतिकी जेट की गतिशीलता पर प्लाज्मा संरचना के प्रभाव का पता लगाया
Scientists have traced the effect of plasma composition of astrophysical jets, which are outflows of ionized matter that are emitted as extended beams from celestial objects like black holes, neutron stars, and pulsars. Despite years of research, it is unknown what kind of matter astrophysical jets are composed of- whether they are made of bare electrons or protons, or positively charged electrons called positrons are also present. Knowing the jet composition is vital as it will allow to pinpoint on the exact physical process at work near black holes and neutron stars. In general, in theoretical studies, the relation between thermodynamic quantities of the jet, like mass density, energy density, and pressure, does not have the information of composition. Such a relation is called an equation of state of the jet matter.
वैज्ञानिकों ने खगोल भौतिकीय जेटों की प्लाज्मा संरचना के प्रभाव का पता लगाया है जो आयनित पदार्थ के आउटफ्लो हैं जो ब्लैक होल, न्यूट्रॉन सितारों और पल्सर जैसे खगोलीय पिंडों से विस्तारित किरणों के रूप में उत्सर्जित होते हैं।
वर्षों के शोध के बावजूद, यह ज्ञात नहीं है कि खगोलभौतिकीय जेट किस प्रकार के पदार्थ से बने होते हैं – क्या वे नंगे इलेक्ट्रॉनों या प्रोटॉन से बने होते हैं या क्या पॉज़िट्रॉन नामक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन भी मौजूद होते हैं। जेट संरचना को जानना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह ब्लैक होल और न्यूट्रॉन सितारों के पास काम करने वाली सटीक भौतिक प्रक्रिया को इंगित करने की अनुमति देगा। सामान्य तौर पर, सैद्धांतिक अध्ययनों में द्रव्यमान घनत्व, ऊर्जा घनत्व और दबाव जैसी जेट की थर्मोडायनामिक मात्राओं के बीच संबंध में संरचना की जानकारी नहीं होती है। इस प्रकार के संबंध को इक्वेशन ऑफ स्टेट ऑफ द जेट मैटर कहा जाता है।
भारत सरकार के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के एक स्वायत्त संस्थान आर्यभट्ट प्रेक्षण विज्ञान शोध संस्थान (एआरआईईएस) के वैज्ञानिकों ने एक सापेक्षतावादी अवस्था समीकरण का इस्तेमाल किया, जिसे उनके द्वारा जेट के वास्तविक विकास में सापेक्षतावादी प्लाज्मा की संरचना की भूमिका पर पहले के एक पेपर में आंशिक रूप से प्रस्तावित किया गया था।
इस शोध का नेतृत्व एआरआईईएस के राज किशोर जोशी और डॉ इंद्रनील चट्टोपाध्याय ने किया और इसे एस्ट्रोफिजिकल जर्नल (एपीजे) में प्रकाशित किया गया है। लेखकों ने डॉ चट्टोपाध्याय द्वारा पहले विकसित एक संख्यात्मक सिमुलेशन कोड को अपग्रेड किया, इलेक्ट्रॉनों, पॉज़िट्रॉन (धनात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन) और प्रोटॉन के मिश्रण से बने खगोल भौतिकी जेट की गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए उक्त अवस्था समीकरण का उपयोग किया।
चित्र: विभिन्न प्लाज़्मा संरचना वाले जेट के लिए घनत्व रूपरेखा (ξ प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन संख्या घनत्व का अनुपात है)। जेट की प्रसार दिशा जैड (किलो पारसेक या केपीसी में) है और पार्श्व विस्तार रेडियल (आर) दिशा में है। सभी मॉडलों (मॉडल ए1-ए4) के लिए प्रारंभिक पैरामीटर (प्रारंभिक लोरेन्ट्ज़ कारक 𝜸=10, जेट बीम का घनत्व ⍴=1.0, दबाव p=0.02) समान रखे गए हैं। जेट एक परिवेशी माध्यम में यात्रा कर रहा है जो जेट से 1000 गुना सघन है। फॉरवर्ड शॉक (एफएस), जेट–हेड या संपर्क असंततता (सीडी), रिवर्स शॉक (आरएस) और रीकॉलिमेशन शॉक (आरसीएस) सतहों में से एक को चिह्नित किया गया है। ξ=0 (मॉडल ए1) इलेक्ट्रॉन–पॉज़िट्रॉन जोड़ी जेट है, ξ=1.0 (मॉडल ए4) इलेक्ट्रॉन–प्रोटॉन जेट है। इलेक्ट्रॉन–पॉज़िट्रॉन जेट सबसे धीमा जेट है।
लेखकों ने दिखाया कि प्लाज्मा संरचना में परिवर्तन से जेट के प्रसार वेग में अंतर आता है, भले ही जेट के लिए प्रारंभिक पैरामीटर समान रहें। अपेक्षा के विपरीत, इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन से बने जेट प्रोटॉन वाले जेट की तुलना में सबसे धीमे पाए गए। प्रोटॉन इलेक्ट्रॉनों या पॉज़िट्रॉन की तुलना में लगभग दो हजार गुना अधिक भारी होते हैं।
जेट की प्लाज्मा संरचना को समझना आवश्यक है क्योंकि प्लाज्मा संरचना में परिवर्तन जेट की आंतरिक ऊर्जा को बदलता है जो प्रसार गति में परिवर्तन में परिलक्षित होता है। इसके अलावा, प्लाज्मा संरचना जेट संरचनाओं को भी प्रभावित करती है जैसे कि रीकॉलिमेशन शॉक की संख्या और ताकत, रिवर्स शॉक का आकार और गतिशीलता इत्यादि। रीकॉलिमेशन शॉक जेट बीम में वे क्षेत्र हैं जो जेट बीम के बैकफ़्लोइंग सामग्री के साथ संपर्क के कारण बनते हैं।
इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जेट अधिक स्पष्ट अशांत संरचनाएँ दिखाते हैं। इन संरचनाओं के विकास के परिणामस्वरूप जेट की गति में भी कमी आती है। अशांत संरचनाओं का निर्माण और विकास जेट की स्थिरता को प्रभावित करने के लिए जाना जाता है। इसलिए, प्लाज्मा संरचना जेट की दीर्घकालिक स्थिरता को भी प्रभावित कर सकती है।
प्रकाशन लिंक: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acc93d/meta