एक उच्च-ऊर्जा फोटॉन को निकटतम न्यूट्रॉन स्टार से पृथ्वी तक यात्रा करने में 512 साल लगते हैं। बस उनमें से कुछ यात्रा करते हैं। लेकिन वे खगोल भौतिकी में सबसे कठिन प्रश्नों में से एक को हल करने के लिए आवश्यक जानकारी रखते हैं।
फोटॉन एक ऊर्जावान भीड़ में अंतरिक्ष में शूट करते हैं। एक सुपरनोवा के छोटे, पराबैंगनी, कताई अवशेषों की सतह से एक्स-रे ऊर्जा के गर्म बीम फट जाते हैं। बीम पारगमन में लंबी शताब्दियों में फैलते हैं। लेकिन हर बार एक समय में, एक्स-रे प्रकाश की एक एकल बिंदु जो कि अंतरिक्ष में 157 पारसेक (512 प्रकाश-वर्ष) की यात्रा की है - पृथ्वी और सूर्य के बीच की दूरी का 32 मिलियन गुना - खुद को अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) एक्स के खिलाफ खर्च करती है -रे टेलिस्कोप, उपनाम NICER। फिर, पृथ्वी पर नीचे, एक पाठ फ़ाइल डेटा के एक नए बिंदु में प्रवेश करती है: फोटोसन की ऊर्जा और इसके आगमन का समय, माइक्रोसेकंड सटीकता के साथ मापा जाता है।
उस डेटा बिंदु, जैसे कि अन्य लोगों के साथ यह महीनों के दौरान एकत्र किया गया था, गर्मियों 2018 जैसे ही एक बुनियादी सवाल का जवाब देगा: बस पृथ्वी के निकटतम न्यूट्रॉन-स्टार पड़ोसी, J0437-4715 कितना चौड़ा है?
यदि शोधकर्ता न्यूट्रॉन स्टार की चौड़ाई का पता लगा सकते हैं, तो भौतिक विज्ञानी शेरोन मोर्सिंक ने अप्रैल 2018 की बैठक में अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी (एपीएस) में वैज्ञानिकों की एक भीड़ से कहा, यह जानकारी कण भौतिकी के महान रहस्यों में से एक को सुलझाने की दिशा में संकेत कर सकती है: कैसे कोई फर्क नहीं पड़ता कि जब उसके बेतहाशा चरम सीमा पर धकेल दिया जाए?
पृथ्वी पर, मानवता की मौजूदा तकनीक को देखते हुए, इस बात पर कुछ कठोर सीमाएँ हैं कि घनीभूत पदार्थ कैसे प्राप्त कर सकते हैं, यहां तक कि अत्यधिक प्रयोगशालाओं में भी, और यहां तक कि सबसे कठिन मामला यह भी है कि घनीभूत पदार्थ वैज्ञानिक कितनी देर तक जीवित रह सकते हैं। इसका मतलब है कि भौतिकविद यह पता लगाने में सक्षम नहीं हैं कि कण अत्यधिक घनत्व पर कैसे व्यवहार करते हैं। अभी कई अच्छे प्रयोग उपलब्ध नहीं हैं।
अलबर्टा विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी और नासा के एक समूह के सदस्य मॉर्सिंक ने कहा, "कई अलग-अलग तरीके हैं जो लोगों को यह कहने की कोशिश करते हैं कि सुपर-सघन पदार्थ को कैसे व्यवहार करना चाहिए, लेकिन वे सभी सहमत नहीं हैं।" लाइव साइंस को बताया न्यूट्रॉन सितारों की चौड़ाई पर ध्यान केंद्रित। "और जिस तरह से वे सभी सहमत नहीं हैं, वास्तव में परीक्षण किया जा सकता है क्योंकि उनमें से हर एक एक भविष्यवाणी करता है कि न्यूट्रॉन स्टार कितना बड़ा हो सकता है।"
दूसरे शब्दों में, ब्रह्माण्ड की कुछ घनीभूत वस्तुओं - न्यूट्रॉन सितारों के अंदर पराबैंगनी पदार्थ के रहस्य का समाधान दूर ही बंद हो जाता है। और वैज्ञानिक उस रहस्य को तोड़ सकते हैं जैसे ही वे ठीक से मापते हैं कि वास्तव में कितना व्यापक है (और इसलिए, घने) न्यूट्रॉन सितारे वास्तव में हैं।
गहरे अंतरिक्ष में कण भौतिकी
"न्यूट्रॉन सितारे सबसे अपमानजनक वस्तुएं हैं जो ज्यादातर लोगों ने कभी नहीं सुनी हैं," नासा के वैज्ञानिक जेवेन अरज़ोमैनियन ने कोलंबस, ओहियो में बैठक में भौतिकविदों को बताया।
Arzoumanian NASA के न्यूट्रॉन स्टार इंटीरियर कंपोजिशन एक्सप्लोरर (NICER) प्रोजेक्ट के प्रमुखों में से एक है, जो Morsink के काम के लिए तकनीकी आधार बनाता है। NICER ISS पर लगा एक बड़ा, झूलता हुआ दूरबीन है; यह एक्स-रे पर नज़र रखता है और गहरे अंतरिक्ष से कम पृथ्वी की कक्षा के क्षेत्र में आता है।
एक न्यूट्रॉन तारा एक विशाल सुपरनोवा विस्फोट के बाद पीछे छोड़ दिया गया है, लेकिन यह माना जाता है कि यह एक विशाल शहर की तुलना में अधिक व्यापक नहीं है। न्यूट्रॉन तारे प्रकाश की गति के उच्च अंशों पर घूम सकते हैं, एक्स-रे ऊर्जा के टिमटिमाते हुए बीम को परमाणु घड़ियों के टिक से अधिक सटीक समय के साथ अंतरिक्ष में फायर कर सकते हैं।
और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि मोर्सिंक और उनके सहयोगियों के उद्देश्यों के लिए, न्यूट्रॉन सितारे ब्रह्मांड में सबसे घनी जानी जाने वाली वस्तुएं हैं, जो ब्लैक होल में नहीं गिरी हैं - लेकिन ब्लैक होल के विपरीत, वैज्ञानिकों के लिए यह पता लगाना संभव है कि उनके अंदर क्या होता है। खगोलविदों को बस यह जानने की जरूरत है कि न्यूट्रॉन तारे वास्तव में कितने विस्तृत हैं, और एनआईसीईआर वह उपकरण है जिसे आखिरकार उस प्रश्न का उत्तर देना चाहिए।
क्वार्क सूप
वैज्ञानिकों को ठीक से पता नहीं है कि न्यूट्रॉन स्टार के चरम कोर में पदार्थ कैसे व्यवहार करता है, लेकिन वे यह जानने के लिए पर्याप्त समझते हैं कि यह बहुत अजीब है।
यूनिवर्सिटी ऑफ एडिनबर्ग के एक कण भौतिक विज्ञानी डैनियल वॉट्स ने एपीएस सम्मेलन में एक अलग श्रोता को बताया कि न्यूट्रॉन स्टार का इंटीरियर अनिवार्य रूप से एक बहुत बड़ा प्रश्नचिह्न है।
वैज्ञानिकों के पास न्यूट्रॉन सितारों के द्रव्यमान के कुछ उत्कृष्ट माप हैं। उदाहरण के लिए, J0437-4715 का द्रव्यमान लोअर मैनहट्टन के आकार के कम या ज्यादा होने के बावजूद, सूरज का लगभग 1.44 गुना है। इसका मतलब है कि, मॉर्सिंक ने कहा, कि J0437-4715 एक परमाणु के नाभिक की तुलना में कहीं अधिक घनीभूत है - अब तक की सबसे घनी वस्तु जो कि वैज्ञानिकों का पृथ्वी पर सामना करती है, जहां एक परमाणु के द्रव्यमान का अधिकांश भाग इसके केंद्र में सिर्फ एक छोटे धब्बे में इकट्ठा होता है।
घनत्व के उस स्तर पर, वत्स ने समझाया, यह बिल्कुल स्पष्ट नहीं है कि मामला कैसे व्यवहार करता है। क्वार्क्स, छोटे कण जो न्यूट्रॉन और प्रोटॉन बनाते हैं, जो परमाणु बनाते हैं, अपने आप स्वतंत्र रूप से मौजूद नहीं हो सकते। लेकिन जब मामला अत्यधिक घनत्व तक पहुंच जाता है, तो क्वार्क्स पृथ्वी पर उन लोगों के समान कणों को बांध कर रख सकते हैं, या बड़े, अधिक जटिल कणों का निर्माण कर सकते हैं, या शायद पूरी तरह से एक अधिक सामान्यीकृत कण सूप में मिल सकते हैं।
वैज्ञानिकों को क्या पता है, वाट्स ने लाइव साइंस को बताया, यह है कि चरम घनत्व पर पदार्थ कैसे व्यवहार करते हैं, इसका विवरण यह निर्धारित करेगा कि वास्तव में व्यापक न्यूट्रॉन सितारे कैसे प्राप्त करते हैं। इसलिए यदि वैज्ञानिक न्यूट्रॉन तारों के सटीक माप के साथ आ सकते हैं, तो वे उन चरम स्थितियों के तहत कैसे व्यवहार करते हैं, इसके लिए संभावनाओं की सीमा को कम कर सकते हैं।
और उस प्रश्न का उत्तर देते हुए, वाट्स ने कहा, सभी प्रकार के कण-भौतिकी रहस्यों के उत्तर अनलॉक कर सकते हैं जिनका न्यूट्रॉन सितारों से कोई लेना-देना नहीं है। उदाहरण के लिए, उन्होंने कहा, यह जवाब देने में मदद कर सकता है कि कैसे व्यक्तिगत न्यूट्रॉन बहुत भारी परमाणुओं के नाभिक में खुद को व्यवस्थित करते हैं।
एनआईसीईआर माप में समय लगता है
अधिकांश न्यूट्रॉन सितारों, मोर्सिंक ने कहा, माना जाता है कि यह लगभग 12 और 17 मील (20 और 28 किलोमीटर) चौड़ा है, हालांकि वे 10 मील (16 किमी) के रूप में संकीर्ण हो सकते हैं। यह खगोल विज्ञान के संदर्भ में एक बहुत ही संकीर्ण सीमा है, लेकिन काफी सटीक नहीं है कि मोर्सिंक और उसके सहयोगियों के प्रकारों का जवाब देने में रुचि हो।
और भी अधिक सटीक उत्तरों की ओर प्रेस करने के लिए, मोर्सिंक और उनके सहयोगियों ने न्यूट्रॉन सितारों पर "हॉटस्पॉट्स" को तेजी से घूमते हुए एक्स-रे का अध्ययन किया।
हालांकि न्यूट्रॉन तारे अविश्वसनीय रूप से कॉम्पैक्ट होते हैं, उनके चुंबकीय क्षेत्र उनकी सतहों से आने वाली ऊर्जा को काफी असमान बनाते हैं। चमकीले पैच बनते हैं और उनकी सतहों पर मशरूम बनते हैं, जो चारों ओर चक्कर लगाते हैं क्योंकि तारे एक सेकंड में कई बार मुड़ते हैं।
यहीं से NICER आता है। NICER ISS पर लगा एक बड़ा, घूमता हुआ टेलीस्कोप है जो अविश्वसनीय नियमितता के साथ उन पैच से आने वाले प्रकाश को समय दे सकता है।
इससे मोरसिंक और उनके सहयोगियों को दो चीजों का अध्ययन करने की अनुमति मिलती है, दोनों ही उन्हें न्यूट्रॉन स्टार की त्रिज्या का पता लगाने में मदद कर सकते हैं:
1. रोटेशन की गति: जब न्यूट्रॉन स्टार घूमता है, तो मॉर्सिंक ने कहा, इसकी सतह पर उज्ज्वल स्थान प्रकाश की ओर घूमता है और लगभग प्रकाश स्तंभ की तरह बीम से पृथ्वी की तरह दूर होता है। मोर्सिंक और उनके सहकर्मी एनआईसीईआर डेटा का सावधानीपूर्वक अध्ययन करके यह निर्धारित कर सकते हैं कि दोनों हर पल कितनी बार पलक झपकते हैं और वास्तव में कितनी तेज गति से अंतरिक्ष में घूम रहे हैं। और चमकीले स्थान की गति की गति स्टार की दर के रोटेशन और इसके त्रिज्या का एक कार्य है। यदि शोधकर्ता रोटेशन और गति का पता लगा सकते हैं, तो त्रिज्या निर्धारित करना अपेक्षाकृत आसान है।
2. प्रकाश झुकने: न्यूट्रॉन तारे इतने घने हैं कि एनआईसीईआर तारे के चमकीले स्थान से फोटोन का पता लगा सकता है जो अंतरिक्ष में फैंके गए थे जबकि स्पॉट पृथ्वी से दूर बताया गया था। एक न्यूट्रॉन स्टार का गुरुत्वाकर्षण अच्छी तरह से प्रकाश को इतनी तेजी से मोड़ सकता है कि उसके फोटॉन की ओर मुड़ें और NICER के सेंसर में स्मैक। प्रकाश वक्रता की दर भी तारे की त्रिज्या और उसके द्रव्यमान का एक कार्य है। इसलिए, ध्यान से अध्ययन करके कि एक ज्ञात द्रव्यमान के साथ एक तारा प्रकाश कितना घटता है, मोरसिंक और उसके सहयोगियों ने स्टार की त्रिज्या का पता लगा सकते हैं।
और शोधकर्ता अपने परिणामों की घोषणा करने के करीब हैं, मोरसिंक ने कहा। (उनके एपीएस में कई भौतिकविदों ने कुछ हल्की निराशा व्यक्त की कि उन्होंने एक विशिष्ट संख्या की घोषणा नहीं की थी, और उत्साह था कि यह आ रहा है।)
मोरसिंक ने लाइव साइंस को बताया कि वह आगामी घोषणा को छेड़ने की कोशिश नहीं कर रही थी। NICER ने अभी तक टीम को एक अच्छा जवाब देने के लिए पर्याप्त फोटोन एकत्र नहीं किए हैं।
"यह बहुत जल्दी ओवन से एक केक लेने की तरह है: आप बस एक गड़बड़ के साथ समाप्त होते हैं," उसने कहा।
लेकिन एनआईसीईआर के समय-समय पर अध्ययन के दौरान फोटॉन एक-एक करके आ रहे हैं। और एक उत्तर करीब आ रहा है। अभी, टीम J0437-4715 और पृथ्वी के अगले-निकटतम न्यूट्रॉन स्टार के डेटा को देख रही है, जो लगभग दो बार दूर है।
मॉर्सिंक ने कहा कि उसे यकीन नहीं है कि न्यूट्रॉन स्टार की त्रिज्या वह और उसके सहकर्मी पहले प्रकाशित करेंगे, लेकिन उन्होंने कहा कि दोनों घोषणाएं महीनों के भीतर होंगी।
"इसका उद्देश्य बाद में इस गर्मियों में होना है, जहां 'गर्मियों' का उपयोग काफी व्यापक अर्थों में किया जा रहा है," उसने कहा। "लेकिन मैं कहूंगा कि सितंबर तक, हमें कुछ करना चाहिए।"
