HESS सहयोग अब तक देखे गए सबसे ऊर्जावान कॉस्मिक-रे इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन का पता लगाता है
जर्मन विश्वविद्यालयों के संघ सीएनआरएस और एचईएसएस वेधशाला में कार्यरत मैक्स-प्लैंक-इंस्टीट्यूट फर कर्नफिजिक के वैज्ञानिकों ने हाल ही में पृथ्वी पर अब तक दर्ज की गई उच्चतम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन की पहचान की है। वे भारी मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करने वाली ब्रह्मांडीय प्रक्रियाओं का प्रमाण प्रदान करते हैं, जिनकी उत्पत्ति अभी तक अज्ञात है। ये निष्कर्ष 18 नवंबर को जर्नल में प्रकाशित होने वाले हैं भौतिक समीक्षा पत्र.
ब्रह्माण्ड चरम वातावरण से भरा हुआ है, जिसमें सबसे ठंडे तापमान से लेकर उच्चतम संभव ऊर्जा स्रोत तक शामिल हैं। परिणामस्वरूप, सुपरनोवा अवशेष, पल्सर और सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक जैसी चरम वस्तुएं अविश्वसनीय रूप से उच्च ऊर्जा वाले आवेशित कणों और गामा किरणों को उत्सर्जित करने में सक्षम हैं, इतनी अधिक कि वे परिमाण के कई आदेशों से तारों में परमाणु संलयन द्वारा उत्पन्न ऊर्जा से अधिक हो जाती हैं।
पृथ्वी पर पाई गई गामा किरणें हमें इन स्रोतों के बारे में बहुत कुछ बताती हैं, क्योंकि वे अंतरिक्ष में बिना किसी बाधा के यात्रा करती हैं। हालाँकि, आवेशित कणों के मामले में, जिन्हें कॉस्मिक किरणों के रूप में भी जाना जाता है, चीजें अधिक जटिल हैं क्योंकि वे ब्रह्मांड में हर जगह मौजूद चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा लगातार प्रभावित होते हैं, और पृथ्वी को आइसोट्रोपिक रूप से, दूसरे शब्दों में सभी दिशाओं से प्रभावित करते हैं। इसके अलावा, ये आवेशित कण रास्ते में अपनी कुछ ऊर्जा खो देते हैं, जब वे प्रकाश और चुंबकीय क्षेत्रों के साथ संपर्क करते हैं। ये ऊर्जा हानि विशेष रूप से सबसे ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के लिए महत्वपूर्ण हैं, जिन्हें कॉस्मिक-रे इलेक्ट्रॉन (सीआरई) के रूप में जाना जाता है, जिनकी ऊर्जा एक टेराइलेक्ट्रॉनवोल्ट (टीईवी) से अधिक है (यानी दृश्य प्रकाश की तुलना में 1000 अरब गुना अधिक)। इसलिए अंतरिक्ष में ऐसे आवेशित कणों की उत्पत्ति के बिंदु को निर्धारित करना असंभव है, हालांकि पृथ्वी पर उनका पता लगाना एक स्पष्ट संकेतक है कि इसके आसपास के क्षेत्र में शक्तिशाली कॉस्मिक-किरण कण त्वरक हैं।
हालाँकि, कई टेराइलेक्ट्रॉनवोल्ट की ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन का पता लगाना विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण है। लगभग एक वर्ग मीटर के क्षेत्र का पता लगाने वाले अंतरिक्ष-आधारित उपकरण, पर्याप्त संख्या में ऐसे कणों को पकड़ने में असमर्थ हैं, जो अपनी ऊर्जा जितनी अधिक होती हैं, उतने ही दुर्लभ होते जाते हैं। दूसरी ओर, ग्राउंड-आधारित उपकरण, जो अप्रत्यक्ष रूप से पृथ्वी के वायुमंडल में उत्पन्न होने वाले कणों की बौछार के माध्यम से ब्रह्मांडीय किरणों के आगमन का पता लगाते हैं, उन्हें कॉस्मिक-किरण इलेक्ट्रॉनों (या पॉज़िट्रॉन) द्वारा उत्पन्न होने वाली वर्षा को अलग करने की चुनौती का सामना करना पड़ता है। भारी कॉस्मिक-किरण प्रोटॉन और नाभिक के प्रभाव से बहुत अधिक बार वर्षा होती है। नामीबिया में स्थित एचईएसएस वेधशाला 2 पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करने वाले भारी आवेशित कणों और फोटॉनों द्वारा उत्पादित बेहोश चेरेनकोव विकिरण को पकड़ने और रिकॉर्ड करने के लिए पांच बड़े दूरबीनों का उपयोग करती है, जिससे उनके मद्देनजर कणों की बौछार होती है। यद्यपि वेधशाला का मुख्य उद्देश्य गामा किरणों का पता लगाना और उनका चयन करना है ताकि उनके स्रोतों की जांच की जा सके, डेटा का उपयोग कॉस्मिक-किरण इलेक्ट्रॉनों की खोज के लिए भी किया जा सकता है।
अब तक किए गए सबसे व्यापक विश्लेषण में, HESS सहयोग वैज्ञानिकों ने अब इन कणों की उत्पत्ति के बारे में नई जानकारी प्राप्त की है। खगोल भौतिकीविदों ने चार 12-मीटर दूरबीनों द्वारा एक दशक के दौरान एकत्र किए गए विशाल डेटा सेट को खंगालकर, अभूतपूर्व दक्षता के साथ पृष्ठभूमि शोर से सीआरई निकालने में सक्षम नए, अधिक शक्तिशाली चयन एल्गोरिदम को लागू करके ऐसा किया। इसके परिणामस्वरूप कॉस्मिक-किरण इलेक्ट्रॉनों के विश्लेषण के लिए सांख्यिकीय डेटा का एक बेजोड़ सेट प्राप्त हुआ। अधिक विशेष रूप से, एचईएसएस शोधकर्ता पहली बार उच्चतम ऊर्जा रेंज में सीआरई के बारे में डेटा प्राप्त करने में सक्षम थे, 40 टीवी तक। इससे उन्हें कॉस्मिक-किरण इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा वितरण में आश्चर्यजनक रूप से तेज बदलाव की पहचान करने में मदद मिली।
“यह एक महत्वपूर्ण परिणाम है, क्योंकि हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि मापा गया सीआरई संभवतः हमारे अपने सौर मंडल के आसपास के बहुत कम स्रोतों से उत्पन्न होता है, अधिकतम कुछ 1000 प्रकाश वर्ष दूर तक, जो कि तुलना में बहुत कम दूरी है। हमारी आकाशगंगा का आकार”, अध्ययन के संबंधित लेखकों में से एक, पॉट्सडैम विश्वविद्यालय के कैथरीन एग्बर्ट्स बताते हैं।
अध्ययन के सह-लेखक, मैक्स-प्लैंक-इंस्टीट्यूट फर कर्नफिजिक के प्रो. हॉफमैन कहते हैं, “हम पहली बार अपने विस्तृत विश्लेषण के साथ इन ब्रह्मांडीय इलेक्ट्रॉनों की उत्पत्ति पर गंभीर प्रतिबंध लगाने में सक्षम थे।” “बड़े टीवी पर बहुत कम प्रवाह इस माप के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए अंतरिक्ष-आधारित मिशनों की संभावनाओं को सीमित करता है। इस प्रकार, हमारा माप न केवल एक महत्वपूर्ण और पहले से अज्ञात ऊर्जा रेंज में डेटा प्रदान करता है, जो स्थानीय पड़ोस की हमारी समझ को प्रभावित करता है, बल्कि यह आने वाले वर्षों के लिए भी एक बेंचमार्क बने रहने की संभावना है”, लैबोरेटरी लेप्रिन्स-रिंगुएट के सीएनआरएस शोधकर्ता मैथ्यू डी नौरोइस कहते हैं।
2 उच्च-ऊर्जा गामा किरणों को केवल एक बहुत ही विशिष्ट घटना के कारण जमीन से देखा जा सकता है। जब गामा किरण वायुमंडल में प्रवेश करती है तो यह अपने परमाणुओं और अणुओं से टकराती है, जिससे नए कण उत्पन्न होते हैं जो हिमस्खलन की तरह जमीन की ओर बढ़ते हैं। कण एक सेकंड के मात्र अरबवें हिस्से (चेरेंकोव विकिरण) तक चलने वाली चमक उत्सर्जित करते हैं, जिसे बड़े, विशेष रूप से सुसज्जित ग्राउंड-आधारित दूरबीनों का उपयोग करके देखा जा सकता है। 1835 मीटर की ऊंचाई पर नामीबिया के खोमास हाइलैंड्स में स्थित एचईएसएस वेधशाला ने आधिकारिक तौर पर 2002 में परिचालन शुरू किया। इसमें पांच दूरबीनों की एक श्रृंखला शामिल है। 12 मीटर व्यास वाले दर्पण वाले चार दूरबीन एक वर्ग के कोनों पर स्थित हैं, केंद्र में एक और 28 मीटर दूरबीन है। इससे कुछ दसियों गीगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट (GeV, 10 से नौ इलेक्ट्रॉनवोल्ट) से लेकर कुछ दसियों टेराइलेक्ट्रॉनवोल्ट (TeV, 10 से बारह इलेक्ट्रॉनवोल्ट) तक की ब्रह्मांडीय गामा किरणों का पता लगाना संभव हो जाता है। तुलनात्मक रूप से, दृश्य प्रकाश के फोटॉन में दो से तीन इलेक्ट्रॉनवोल्ट की ऊर्जा होती है। एचईएसएस वर्तमान में उच्च-ऊर्जा गामा-किरण प्रकाश में दक्षिणी आकाश का अवलोकन करने वाला एकमात्र उपकरण है। यह अपनी तरह का सबसे बड़ा और सबसे संवेदनशील टेलीस्कोप सिस्टम भी है।
HESS के साथ कॉस्मिक-रे इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रम का उच्च-सांख्यिकी मापन
HESS सहयोग. भौतिक समीक्षा पत्र 18 नवंबर 2024.
