Study Explains Blinking Gamma-Ray Bursts Using Falling Stardust

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खगोल भौतिकीविदों ने किसी जेट के जन्म से लेकर घूर्णन करने वाले ब्लैक होल द्वारा उसके गिरने वाले तारे से दूर उसके उत्सर्जन तक के संपूर्ण विकास का पहला 3डी अनुकरण विकसित किया है।

सिमुलेशन से पता चलता है कि जैसे सितारा ढह जाता है, इसकी सामग्री डिस्क पर गिरती है जो चारों ओर घूमती है ब्लैक होल. यह गिरती हुई सामग्री डिस्क को झुका देती है, और बदले में, जेट को झुका देती है, जो अपने मूल प्रक्षेपवक्र पर लौटने के लिए संघर्ष करते हुए लड़खड़ाता है।

डगमगाने वाला जेट लंबे समय से चले आ रहे रहस्य की व्याख्या करता है क्यों गामा-किरणों का फटना पलक झपकते ही पता चलता है कि ये फटने पहले के विचार से भी दुर्लभ हैं।

क्योंकि ये जेट उत्पन्न करते हैं गामा-रे फटने (GRBs) — ब्रह्मांड में सबसे ऊर्जावान और चमकदार घटनाएँ महा विस्फोट – सिमुलेशन ने प्रकाश के इन अजीबोगरीब, तीव्र विस्फोटों पर प्रकाश डाला है। उनके नए निष्कर्षों में लंबे समय से सवाल के लिए एक स्पष्टीकरण शामिल है कि क्यों जीआरबी रहस्यमय तरीके से शांत क्षणों द्वारा विरामित होते हैं – शक्तिशाली उत्सर्जन और एक शांत शांत शांति के बीच झपकी। नए सिमुलेशन से यह भी पता चलता है कि जीआरबी पहले की तुलना में भी दुर्लभ हैं।

नई अध्ययन 29 जून को प्रकाशित किया गया था एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स. यह एक जेट के संपूर्ण विकास का पहला पूर्ण 3D अनुकरण है – ब्लैक होल के पास उसके जन्म से लेकर ढहते तारे से बचने के बाद उसके उत्सर्जन तक। नया मॉडल बड़े पैमाने के जेट का अब तक का उच्चतम रिज़ॉल्यूशन सिमुलेशन भी है।

“ये जेट ब्रह्मांड की सबसे शक्तिशाली घटनाएँ हैं,” कहा नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के ओरे गोटलिब, जिन्होंने अध्ययन का नेतृत्व किया। “पिछले अध्ययनों ने यह समझने की कोशिश की है कि वे कैसे काम करते हैं, लेकिन वे अध्ययन कम्प्यूटेशनल शक्ति द्वारा सीमित थे और इसमें कई धारणाएं शामिल थीं। हम शुरुआत से ही जेट के पूरे विकास को मॉडल करने में सक्षम थे – इसके जन्म से एक ब्लैक होल – जेट की संरचना के बारे में कुछ भी ग्रहण किए बिना। हमने ब्लैक होल से उत्सर्जन स्थल तक जेट का अनुसरण किया और ऐसी प्रक्रियाएं पाईं जिन्हें पिछले अध्ययनों में अनदेखा किया गया था।”

गॉटलिब नॉर्थवेस्टर्न सेंटर फॉर इंटरडिसिप्लिनरी एक्सप्लोरेशन एंड रिसर्च इन एस्ट्रोफिजिक्स (CIERA) में रोथ्सचाइल्ड फेलो हैं। उन्होंने नॉर्थवेस्टर्न के वेनबर्ग कॉलेज ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में भौतिकी और खगोल विज्ञान के सहायक प्रोफेसर, सीआईईआरए सदस्य साशा त्चेखोवस्कॉय के साथ पेपर का सह-लेखन किया।

अजीब लड़खड़ाहट

में सबसे चमकदार घटना ब्रम्हांडजीआरबी तब निकलते हैं जब एक विशाल तारे का कोर अपने गुरुत्वाकर्षण के तहत ब्लैक होल बनाने के लिए ढह जाता है। जैसे ही गैस घूमते हुए ब्लैक होल में गिरती है, यह सक्रिय हो जाता है – एक जेट को ढहते हुए तारे में लॉन्च करता है। जेट तारे को तब तक घूंसा मारता है जब तक कि वह प्रकाश की गति के करीब गति से तेज न हो जाए। तारे से मुक्त होने के बाद, जेट एक चमकीला GRB उत्पन्न करता है।

“जेट एक जीआरबी उत्पन्न करता है जब यह तारे के आकार के लगभग 30 गुना – या ब्लैक होल के आकार का दस लाख गुना तक पहुंच जाता है,” गोटलिब ने कहा। “दूसरे शब्दों में, यदि ब्लैक होल समुद्र तट की गेंद के आकार का है, तो जेट को जीआरबी का उत्पादन करने से पहले फ्रांस के पूरे आकार में विस्तार करने की आवश्यकता है।”

इस पैमाने की विशालता के कारण, पिछले सिमुलेशन जेट के जन्म और बाद की यात्रा के पूर्ण विकास को मॉडल करने में असमर्थ रहे हैं। मान्यताओं का उपयोग करते हुए, पिछले सभी अध्ययनों में पाया गया कि जेट एक अक्ष के साथ फैलता है और उस अक्ष से कभी विचलित नहीं होता है।

लेकिन गोटलिब के अनुकरण ने कुछ बहुत अलग दिखाया। जैसे ही तारा एक ब्लैक होल में ढह जाता है, उस तारे की सामग्री ब्लैक होल के चारों ओर घूमने वाली चुंबकीय गैस की डिस्क पर गिरती है। गिरने वाली सामग्री डिस्क को झुकाव का कारण बनती है, जो बदले में जेट को झुकाती है। जैसे ही जेट अपने मूल प्रक्षेपवक्र के साथ पुन: संरेखित करने के लिए संघर्ष करता है, यह ढहने के अंदर डगमगाता है।

जीआरबी क्यों झपकाते हैं, इसके लिए यह लड़खड़ाहट एक नई व्याख्या प्रदान करती है। शांत क्षणों के दौरान, जेट रुकता नहीं है – इसका उत्सर्जन बीम से दूर होता है धरतीइसलिए दूरबीनें इसे आसानी से नहीं देख सकतीं।

“जीआरबी से उत्सर्जन हमेशा अनियमित होता है,” गोटलिब ने कहा। “हम उत्सर्जन में स्पाइक्स देखते हैं और फिर एक मौन समय जो कुछ सेकंड या उससे अधिक तक रहता है। जीआरबी की पूरी अवधि लगभग एक मिनट है, इसलिए ये मौन समय कुल अवधि का एक गैर-नगण्य अंश हैं। पिछले मॉडल नहीं थे यह समझाने में सक्षम है कि ये शांत समय कहाँ से आ रहे थे। यह डगमगाना स्वाभाविक रूप से उस घटना का स्पष्टीकरण देता है। हम जेट को तब देखते हैं जब वह हमारी ओर इशारा करता है। लेकिन जब जेट हमसे दूर जाने के लिए लड़खड़ाता है, तो हम उसका उत्सर्जन नहीं देख सकते हैं। यह है का हिस्सा आइंस्टीन का सापेक्षता का सिद्धांत।”

दुर्लभ हो जाता है दुर्लभ

ये डगमगाने वाले जेट जीआरबी की दर और प्रकृति में नई अंतर्दृष्टि भी प्रदान करते हैं। हालांकि पिछले अध्ययनों ने अनुमान लगाया था कि लगभग 1 प्रतिशत कोलैप्सर जीआरबी का उत्पादन करते हैं, गोटलिब का मानना ​​​​है कि जीआरबी वास्तव में बहुत दुर्लभ हैं।

यदि जेट को एक अक्ष के साथ आगे बढ़ने के लिए विवश किया गया था, तो यह केवल आकाश के एक पतले टुकड़े को कवर करेगा – इसे देखने की संभावना को सीमित कर देगा। लेकिन जेट की लड़खड़ाती प्रकृति का मतलब है कि खगोल भौतिकीविद जीआरबी को अलग-अलग झुकावों पर देख सकते हैं, जिससे उन्हें खोजने की संभावना बढ़ जाती है। गॉटलिब की गणना के अनुसार, जीआरबी पहले की तुलना में 10 गुना अधिक देखने योग्य हैं, जिसका अर्थ है कि खगोल भौतिकीविद पहले की तुलना में 10 गुना कम जीआरबी गायब हैं।

“विचार यह है कि हम एक निश्चित दर में आकाश पर जीआरबी का निरीक्षण करते हैं, और हम ब्रह्मांड में जीआरबी की वास्तविक दर के बारे में जानना चाहते हैं,” गोटलिब ने समझाया। “देखी गई और सही दरें अलग हैं क्योंकि हम केवल जीआरबी देख सकते हैं जो हमारी ओर इशारा कर रहे हैं। इसका मतलब है कि हमें जीआरबी की सही दर का अनुमान लगाने के लिए, कोण के बारे में कुछ अनुमान लगाने की जरूरत है, जो ये जेट आकाश पर कवर करते हैं। वह है, हम जीआरबी का कितना हिस्सा गायब हैं। डगमगाने से पता लगाने योग्य जीआरबी की संख्या बढ़ जाती है, इसलिए प्रेक्षित से वास्तविक दर में सुधार छोटा होता है। अगर हम कम जीआरबी को याद करते हैं, तो आकाश में कुल जीआरबी कम हैं।”

यदि यह सच है, गॉटलिब का मानना ​​है, तो अधिकांश जेट या तो लॉन्च होने में विफल हो जाते हैं या जीआरबी बनाने के लिए कोलैप्सर से बचने में कभी सफल नहीं होते हैं। इसके बजाय, वे अंदर दबे रहते हैं।

मिश्रित ऊर्जा

नए सिमुलेशन से यह भी पता चला है कि कुछ चुंबकीय ऊर्जा जेट में आंशिक रूप से परिवर्तित हो जाता है तापीय ऊर्जा. इससे पता चलता है कि जेट में चुंबकीय और तापीय ऊर्जा की एक संकर संरचना है, जो जीआरबी का उत्पादन करती है। जीआरबी को शक्ति प्रदान करने वाले तंत्र को समझने में एक बड़े कदम में, यह पहली बार है जब शोधकर्ताओं ने उत्सर्जन के समय जीआरबी की जेट संरचना का अनुमान लगाया है।

गोटलिब ने कहा, “जेट का अध्ययन हमें यह देखने में सक्षम बनाता है कि तारे के ढहने के साथ ही उसके अंदर क्या होता है।” “अन्यथा, यह सीखना मुश्किल है कि एक ढह चुके तारे में क्या होता है क्योंकि प्रकाश तारकीय आंतरिक भाग से नहीं बच सकता है। लेकिन हम जेट उत्सर्जन से सीख सकते हैं – जेट का इतिहास और वह जानकारी जो उन्हें लॉन्च करने वाले सिस्टम से वहन करती है।”

नए सिमुलेशन की प्रमुख प्रगति आंशिक रूप से इसकी कम्प्यूटेशनल शक्ति में निहित है। पर “H-AMR” कोड का उपयोग करना सुपर कंप्यूटर ओक रिज, टेनेसी में ओक रिज लीडरशिप कंप्यूटिंग सुविधा में, शोधकर्ताओं ने नया सिमुलेशन विकसित किया, जो उपयोग करता है ग्राफिकल प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीयू) के बजाय केंद्रीय प्रसंस्करण इकाइयां (सीपीयू)। कंप्यूटर ग्राफिक्स और इमेज प्रोसेसिंग में हेरफेर करने में बेहद कुशल, जीपीयू डिस्प्ले पर छवियों के निर्माण में तेजी लाते हैं।


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Prakash Bansrota
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