तारे कैसे बनते हैं?
हम जानते हैं कि वे विशाल संरचनाओं से बनते हैं जिन्हें कहा जाता है आणविक बादल , जो स्वयं से बनते हैं इंटरस्टेलर माध्यम (आईएसएम)। लेकिन कुछ प्रकार के तारे कैसे और क्यों बनते हैं? क्यों, कुछ स्थितियों में, हमारे सूर्य जैसा तारा, लाल बौने या नीले विशालकाय के रूप में क्यों बनता है?
यह खगोल विज्ञान के केंद्रीय प्रश्नों में से एक है। यह भी बहुत जटिल है।
आईएसएम एक आकाशगंगा में सौर प्रणालियों के बीच का पदार्थ और ऊर्जा है। तारे का निर्माण तब शुरू होता है जब ISM आणविक बादल नामक गैस के विशाल बादलों में विखंडित हो जाता है, जो सितारों के अग्रदूत होते हैं। उस विखंडन में अशांति की भूमिका के बारे में वैज्ञानिकों के पास सवाल हैं और यह अंततः बनने वाले सितारों के प्रकारों को कैसे प्रभावित करता है।
ISM का सितारों के साथ एक जटिल रिश्ता है। सितारों के बनने के बाद, वे अंततः सामग्री को आईएसएम को वापस दे देते हैं सुपरनोवा , ग्रह नीहारिकाएं , तथा तारकीय हवाएं . यह सितारों और आईएसएम के बीच आगे और पीछे एक आकाशगंगा की स्टार गठन दर और उसके स्टार गठन जीवनकाल को निर्धारित करता है।
इस सब में अशांति एक केंद्रीय भूमिका निभाती है। एक नया अध्ययन आईएसएम का गैस सिमुलेशन प्रस्तुत करता है और यह कैसे आणविक बादल बनाता है। नए अध्ययन के लेखक इसे बेहतर ढंग से समझना चाहते थे, और उन्होंने उस अशांति के अभी तक के सबसे उच्च-रिज़ॉल्यूशन सुपरकंप्यूटर सिमुलेशन का प्रदर्शन किया।
उनके पेपर का शीर्षक है ' दुनिया के सबसे बड़े सुपरसोनिक टर्बुलेंस सिमुलेशन द्वारा प्रकट किया गया सोनिक स्केल ।' पहले लेखक क्रिस्टोफ फेडररथ हैं, जो हीडलबर्ग विश्वविद्यालय के खगोल विज्ञान केंद्र में सैद्धांतिक खगोल भौतिकी संस्थान (आईटीए) में प्रोफेसर हैं। यह अध्ययन नेचर एस्ट्रोनॉमी में प्रकाशित हुआ है।
आईएसएम में अशांति न केवल स्टार गठन दर निर्धारित करती है; यह उस प्रकार के तारों को निर्धारित करता है जो बनते हैं। उस अर्थ में, यह ग्रह निर्माण को भी प्रभावित करता है, और यदि वे ग्रह पृथ्वी की तरह कुछ भी हो सकते हैं। तो अशांति का अध्ययन खगोल विज्ञान में कुछ गूढ़ स्पर्शरेखा नहीं है। इसका सीधा संबंध ग्रहों से है, यहां तक कि जीवन से भी।
सितारों के बीच अंतरिक्ष में ISM समान रूप से वितरित नहीं है। यह उसी तरह वितरित किया जाता है जैसे अशांति के कारण धुआं कैसे उठता और गिरता है और बहता है। अध्ययन के लेखकों के अनुसार, अशांति यह समझने की कुंजी है कि गैस के टुकड़े कैसे होते हैं।
आंकड़ा अशांति सिमुलेशन के घन के माध्यम से एक खंड दिखाता है। रंग गैस के औसत घनत्व के सापेक्ष घनत्व के विपरीत दिखाते हैं। इसकी अशांत संरचना स्पष्ट रूप से पहचानने योग्य है। विशेष रूप से, उच्च घनत्व (हल्के नारंगी) से कम घनत्व (गहरे बैंगनी) तक घनत्व में तेज बदलाव से पहचाने जाने वाले कई झटके सामने आते हैं। यह बढ़े हुए खंड में विशेष रूप से स्पष्ट है। (स्रोत: सी. फ़ेडररथ) छवि क्रेडिट: फ़ेडराथ एट अल, 2021।
आईएसएम में अशांति और धुएं के बादलों में अशांति के बीच समानताएं हैं। दोनों में बड़े पैमाने पर अशांति छोटे पैमाने पर अशांति को कम करती है। लेकिन तुलना सही नहीं है: आईएसएम बेहद कमजोर है, जिसमें प्रति वर्ग सेंटीमीटर मात्रा में केवल 1 और 100 कण होते हैं। जाहिर है, धुआं उससे कहीं ज्यादा घना है।
पतली आईएसएम में, अशांत ऊर्जा धुएं की तुलना में छोटे पैमाने पर कम हो जाती है, न केवल यह कितना पतला होता है बल्कि इसलिए भी कि आईएसएम में बहुत कम चिपचिपापन होता है। आखिरकार, यह कैस्केडिंग सुपरसोनिक गति से सोनिक गति तक एक सीमा के पार अशांत गति की गति को कम कर देता है।
जैसे ही अशांति उस दहलीज को पार करती है, गैस बादल अशांति-वर्चस्व से गुरुत्वाकर्षण-प्रभुत्व में बदल जाता है। यह कब और कैसे होता है यह आणविक बादलों के घने कोर के आकार को निर्धारित करता है। और यह घने कोर हैं जो स्टार गठन की ओर ले जाते हैं।
इस छवि पर दिखाए गए क्षेत्र को पोलारिस फ्लेयर के रूप में जाना जाता है, जो उर्स माइनर के नक्षत्र में धूल और गैस का एक क्षेत्र है, जो पृथ्वी से 490 प्रकाश वर्ष दूर है। इसे ईएसए के हर्शल इंफ्रारेड स्पेस वेधशाला द्वारा लिया गया था और एक रंग समग्र के रूप में प्रदर्शित किया गया था। यह कई उलझे हुए इंटरस्टेलर फिलामेंट्स को दिखाता है, जो अंतरिक्ष के माध्यम से दसियों प्रकाश-वर्ष तक फैलते हैं। फिलामेंट्स के भीतर एम्बेडेड सामग्री के घने पैच होते हैं, जो भविष्य में सितारे बन सकते हैं। फेडररथ और उनके सहयोगियों ने इन फिलामेंट्स और अन्य आणविक क्लाउड क्षेत्रों के गुणों की तुलना उनके सिमुलेशन से की और बहुत अच्छा समझौता पाया। (स्रोत: गॉल्ड्स बेल्ट सर्वे की प्रोग्राम कंसोर्टियम के लिए ESA और SPIRE & PACS कंसोर्टिया, Ph. André (CEA Saclay), और इंटरस्टेलर डस्ट की प्रोग्राम कंसोर्टियम के विकास के लिए A. Abergel (IAS Orsay))
अशांति-प्रधान से गुरुत्वाकर्षण-प्रभुत्व में संक्रमण बादल में एक भौतिक स्थान है, और सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के बावजूद, संक्रमण क्षेत्र का स्थान, आकार और चौड़ाई अज्ञात थी। वह जटिलता के कारण है।
हीडलबर्ग विश्वविद्यालय के अध्ययन के सह-लेखक प्रोफेसर राफल क्लासेन ने कहा, 'भौतिक प्रक्रियाएं इतनी जटिल हैं कि उनके परस्पर क्रिया का अध्ययन केवल कंप्यूटर सिमुलेशन की मदद से किया जा सकता है।'
Klessen विश्वविद्यालय में एक शोध समूह का नेतृत्व करते हैं, और उन्होंने उपकरण का उपयोग किया लाइबनिज सुपरकंप्यूटिंग सेंटर सिमुलेशन करने के लिए।
फेडररथ और उनके सहयोगियों ने सुपरसोनिक और सोनिक स्केल के दोनों किनारों पर अशांति का मॉडल तैयार किया। गैस बादलों के अंदर उस अशांति की गतिशीलता अत्यंत जटिल है और अनुकरण करने के लिए अत्यधिक कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकता होती है। 'हमारे विशेष अनुकरण के लिए, जिसमें हम दोनों सुपरसोनिक और सबसोनिक टर्बुलेंस कैस्केड का पालन करना चाहते हैं, बीच में सोनिक स्केल के साथ, हमें स्थानिक सीमा में परिमाण के कम से कम चार आदेशों को हल करना होगा,' फेडररथ ने एक में समझाया प्रेस विज्ञप्ति .
यह टीम के सिमुलेशन के वीडियो का स्क्रीनशॉट है। देखने के लिए क्लिक करें। क्रेडिट: फ़ेडररथ एट अल 2021।
शोधकर्ताओं की टीम के अनुसार, उनके सिमुलेशन एक बड़ी सफलता थी और सैद्धांतिक भविष्यवाणियों की पुष्टि की। वे सुपरसोनिक और सोनिक स्केल के बीच संक्रमण क्षेत्र की स्थिति खोजने में सक्षम थे, और इसकी चौड़ाई और आकार को मापने में सक्षम थे। उन्होंने यह भी पाया कि संक्रमण को तेजी से चित्रित नहीं किया गया है, बल्कि व्यापक पैमाने पर होता है।
इतना ही नहीं, उन्होंने अपने अनुकरण के परिणामों की तुलना आकाशगंगा में एक गैस बादल के अवलोकन से की। उन टिप्पणियों ने उनके निष्कर्षों की पुष्टि की।
'सैद्धांतिक रूप से, यह संक्रमण क्षेत्र उस आवृत्ति को परिभाषित करता है जिसके साथ इंटरस्टेलर गैस बादलों में घने नाभिक पाए जा सकते हैं,' प्रो। क्लेसन ने समझाया। 'इसलिए हमने आकाशगंगा में गैस क्लाउड IC5146 की टिप्पणियों के साथ अपनी भविष्यवाणियों की तुलना की है और बहुत अच्छा समझौता प्राप्त किया है। यह एक उत्साहजनक परिणाम है, ”उन्होंने कहा।
व्यापक खगोल विज्ञान अनुसंधान समुदाय ने टीम के काम पर ध्यान दिया है। यूसी बर्कले में खगोल विज्ञान विभाग के क्रिस्टोफर मैकी और प्रिंसटन, एनजे में उन्नत अध्ययन संस्थान के जेम्स स्टोन ने एक लिखा समाचार और दृश्य अंश प्रकृति खगोल विज्ञान में इस शोध के महत्व के बारे में बात कर रहे हैं।
'खगोल भौतिकी में स्टार गठन केंद्रीय महत्व का है,' वे बताते हैं। 'यह न केवल ब्रह्मांड में देखे गए सितारों की विविध श्रेणी की ओर जाता है, बल्कि (अप्रत्यक्ष रूप से) ग्रहों और ब्लैक होल के निर्माण, भारी तत्वों के निर्माण, इंटरस्टेलर माध्यम की ऊर्जा और सर्कगैलेक्टिक माध्यम से फीडबैक के माध्यम से होता है। विकिरण, हवाएं और सुपरनोवा, और यहां तक कि आकाशगंगाओं का विकास भी।'
कैरिना नेबुला की एक मनोरम हबल छवि, आणविक बादल पर बड़े पैमाने पर सितारों से तारकीय हवाओं और आयनकारी विकिरण के अशांत प्रभावों को दिखाती है, जिसमें से सितारों का जन्म हुआ था। छवि क्रेडिट: NASA / ESA / N. स्मिथ (कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले) / हबल विरासत दल (STScI/AURA)।
आणविक बादलों और तारों के निर्माण में शामिल समय-सीमा के कारण, इसका अध्ययन अवलोकनीय रूप से नहीं किया जा सकता है। इसे केवल सिमुलेशन के साथ संबोधित किया जा सकता है, और उन सिमुलेशन के परिणामों की तुलना इस नए अध्ययन की तरह टिप्पणियों से की जा सकती है। जोड़ी अपने लेख में लिखती है, 'सुपरसोनिक अशांति की जटिल और गैर-रेखीय संरचना स्टार गठन की भौतिकी को समझने के लिए संख्यात्मक प्रयोगों को महत्वपूर्ण बनाती है।'
और फेडररथ और उनके सहयोगियों ने अभी तक का सबसे कठोर और विस्तृत अनुकरण किया है। कंप्यूटिंग शक्ति में तेजी से प्रगति ने इस प्रकार के सिमुलेशन को सक्षम किया है, और जैसा कि मैकी और स्टोन बताते हैं, इस सिमुलेशन में उपयोग किए जाने वाले सुपरकंप्यूटर को पहले ही सत्ता में पार कर लिया गया है।
समस्या का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर और समान रूप से शक्तिशाली सॉफ्टवेयर का विकास समझ की सीमाओं को आगे बढ़ा रहा है। 'संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप दोनों में, तथाकथित एक्सास्केल सिस्टम (10 . सक्षम) बनाने की योजना है18अगले कुछ वर्षों में उपलब्ध फ्लोटिंग पॉइंट गणना प्रति सेकंड, वर्तमान सुपर कंप्यूटरों की तुलना में लगभग दस गुना तेज) की घोषणा की गई है, 'मैकी और स्टोन लिखते हैं। 'हालांकि वैज्ञानिक सॉफ्टवेयर विकसित करना एक बड़ी चुनौती होगी जो इस तरह की प्रणालियों का पूरा फायदा उठा सकता है, लेकिन खगोल भौतिकी में समस्याओं की एक विस्तृत श्रृंखला की जांच के लिए कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोण का भविष्य, जिसमें स्टार गठन भी शामिल है, बहुत उज्ज्वल है।'
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