कैसे तैयार हुआ यह नक्शा? ASKAP और फैराडे रोटेशन की भूमिका

एक अनोखा टेलीस्कोप और एक सूक्ष्म भौतिकी

इस नक्शे को बनाने के लिए ऑस्ट्रेलिया की राष्ट्रीय विज्ञान संस्था CSIRO के ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) रेडियो टेलीस्कोप का उपयोग किया गया। यह टेलीस्कोप पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया के मर्चिसन रेडियो-खगोल विज्ञान वेधशाला में स्थित है, जो वजारी यामाजी लोगों की पारंपरिक भूमि पर है ।

ASKAP की कुछ विशेषताएं इसे इस कार्य के लिए अद्वितीय बनाती हैं:

• इसका विस्तृत दृश्य क्षेत्र (Wide Field of View) और एक विशेष डिश रोटेशन प्रणाली इसे आकाश के बड़े-बड़े हिस्सों को तेज़ी से और गहराई से स्कैन करने की क्षमता देती है ।
• टीम ने RACS-low3 नामक सर्वेक्षण के तीसरे चरण के डेटा का उपयोग किया, जो 887.5 MHz की केंद्रीय आवृत्ति पर किया गया था ।

फैराडे रोटेशन: प्रकाश की ध्रुवीकरण पहेली को सुलझाना

ASKAP की व्यापक बैंडविड्थ (800–1087 MHz) और सूक्ष्म चैनलीकरण क्षमता ने एक महत्वपूर्ण भौतिक प्रभाव को सटीकता से मापना संभव बनाया: फैराडे रोटेशन। यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें किसी दूरस्थ आकाशगंगा से आने वाली रैखिक रूप से ध्रुवीकृत रेडियो तरंगों का ध्रुवीकरण तल, रास्ते में आने वाले चुंबकीय प्लाज़्मा से गुज़रने पर घूम जाता है ।

इस घुमाव की मात्रा, जिसे फैराडे रोटेशन माप (RM) कहते हैं, रास्ते में मौजूद चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और मुक्त इलेक्ट्रॉनों के घनत्व के गुणनफल के समानुपाती होती है। सरल शब्दों में, हर एक पहचाने गए ध्रुवीकृत स्रोत के 'RM' को मापकर, वैज्ञानिकों ने यह पता लगाया कि चुंबकीय क्षेत्र कहां-कहां हैं और उनकी सापेक्षिक ताकत कितनी है ।

टीम ने लगभग 40 लाख आकाशगंगाओं से RM डेटा एकत्र किया – यह पिछली सर्वश्रेष्ठ उपलब्धि से 40 गुना बड़ा डेटासेट है – और ASKAP के कच्चे डेटा को पुनर्संसाधित कर ध्रुवीकरण की पूरी तस्वीर फिर से बनाई । यह प्रभावी 'रिज़ॉल्यूशन' लगभग 23 आर्कमिनट के ग्रिड के बराबर है, और माध्यिका RM त्रुटि मात्र 2.2 rad/m² है ।

ब्रह्मांड के 'अदृश्य जाल' का खुलासा

यह नक्शा एक ऐसे अदृश्य चुंबकीय जाल को दर्शाता है जिसे इतने बड़े पैमाने पर और इतनी स्पष्टता से पहले कभी नहीं देखा गया था :

• गैलेक्टिक चुंबकीय तंतु (Filaments): मानचित्र में, आकाशगंगा के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों पर आश्चर्यजनक रैखिक तंतुमय RM संरचनाएं स्पष्ट रूप से दिखाई देती हैं। ये संरचनाएं ध्रुवों को पूरी तरह से पार करती हुई दिखती हैं और न्यूट्रल हाइड्रोजन या इंटरस्टेलर धूल से मिलती-जुलती हैं ।
• 'जिपर' जैसा अनोखा पैटर्न: आकाशगंगा के आंतरिक भाग (गांगेय तल के समीप) में एक अर्ध-आवधिक RM पैटर्न खोजा गया है, जो इस धारणा को बल देता है कि गांगेय चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में उलटफेर हो सकते हैं – संभवतः यह हमारी आकाशगंगा के केंद्रीय बार की एक विशेषता है ।
• सुपरनोवा अवशेष और दानव आकाशगंगाएं: एक विशाल वलयाकार संरचना (G353-34), जो एक सुपरनोवा विस्फोट का अवशेष है, और हमारी पड़ोसी मैगेलैनिक बादलों के साथ हमारी आकाशगंगा के चुंबकीय अंतःक्रिया के संदर्भ भी इसी नक्शे से स्पष्ट हुए हैं ।
• प्राचीन आकाशगंगाओं के चुंबकीय घेरे: एक सहयोगी शोध पत्र में, SPICE-RACS और DESI के डेटा को मिलाकर, वैज्ञानिकों ने अब तक के सबसे बड़े क्वासर नमूने के साथ यह साबित किया कि लगभग एक अरब वर्ष पहले (z ~ 1) भी आकाशगंगाओं के इर्द-गिर्द चुंबकीय गैस (सीजीएम) मौजूद थी ।

पिछले दो दशकों की तुलना: एक युगांतरकारी छलांग

SKAO की मुख्य वैज्ञानिक प्रो. नाओमी मैक्क्लूर-ग्रिफिथ्स कहती हैं, "पिछले 20 वर्षों से, खगोलविद मूलतः एक ही डेटासेट के साथ काम कर रहे थे", जो दक्षिणी आसमान को कवर तक नहीं करता था । SPICE-RACS हर मामले में एक बड़ी छलांग है:

• 5× अधिक कुल आकाश कवरेज
• ~40× अधिक स्रोतों से डेटा (करीब 40 लाख बनाम पिछली सूचियों के लगभग 100,000)
• पहली बार पूरे दक्षिणी आसमान की कवरेज
• व्यापक बैंडविड्थ RM सटीकता, जिसने पुराने सर्वेक्षणों की जटिलता संबंधी अस्पष्टताओं को प्रभावी ढंग से हल कर दिया

आगे की राह: POSSUM से SKA तक

SPICE-RACS, पॉसम (POSSUM - Polarisation Sky Survey of the Universe's Magnetism) नामक विशाल अंतरराष्ट्रीय सहयोग का एक प्रारंभिक उत्पाद है । POSSUM के तीन प्रमुख लक्ष्य हैं: (1) लगभग 30,000 वर्ग डिग्री क्षेत्र का एक व्यापक RM ग्रिड बनाना, (2) हमारी अपनी आकाशगंगा के चुंबकीय क्षेत्रों का अध्ययन, और (3) अन्य आकाशगंगाओं और ब्रह्मांडीय जाल में चुंबकीय क्षेत्रों की जाँच ।

निकट भविष्य: ASKAP से और अधिक गहरे और बेहतर अवलोकन लगातार जारी रहेंगे, जिससे आने वाले कुछ वर्षों में और भी उच्च गुणवत्ता वाले मानचित्र बनेंगे ।

दीर्घकालिक योजना: जब इस दशक के अंत में स्क्वायर किलोमीटर एरे (SKA) टेलीस्कोप का संचालन शुरू होगा, तो वैज्ञानिक ब्रह्मांडीय जाल के चुंबकीय क्षेत्रों को और भी सूक्ष्मता से चार्ट कर सकेंगे। कॉस्मिक मैग्नेटिज्म SKA की पाँच प्रमुख विज्ञान परियोजनाओं में से एक है । ASKAP दरअसल SKA के लिए एक अग्रदूत (precursor) टेलीस्कोप है और पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में यही वह स्थल भी है जहाँ SKA का निम्न-आवृत्ति वाला भाग (SKA-Low) बनाया जा रहा है ।

यह क्यों मायने रखता है?

यह खोज खगोल भौतिकी के एक बुनियादी अनसुलझे सवाल – ब्रह्मांड के इतिहास में चुंबकीय क्षेत्रों की उत्पत्ति और भूमिका – को समझने का एक नया रास्ता खोलती है।

• चुंबकीय क्षेत्र प्रभावित करते हैं कि आकाशगंगाएं कैसे विकसित होती हैं, पदार्थ अंतरिक्ष में कैसे गति करता है, और अरबों वर्षों में ब्रह्मांड कैसे विकसित हुआ ।
• इस डेटा से वैज्ञानिक अब उन लंबे समय से पूछे जा रहे सवालों के जवाब तलाश सकेंगे जैसे "ब्रह्मांड में चुंबकीय क्षेत्र पहली बार कब प्रकट हुए?" और "ब्रह्मांडीय जाल के चुंबकीय क्षेत्र आकाशगंगाओं के निर्माण को कैसे प्रभावित करते हैं?"
• SPICE-RACS का यह संपूर्ण डेटा CSIRO के डेटा एक्सेस पोर्टल के माध्यम से मुफ्त उपलब्ध है, ताकि दुनिया भर के वैज्ञानिक नई खोजें कर सकें ।

निष्कर्षतः, SPICE-RACS एक अधूरे, पुराने डेटासेट पर दो दशकों की निर्भरता को समाप्त करता है और एक ऐसे नए अवलोकन युग की शुरुआत करता है, जो आने वाले दशकों तक खगोल भौतिकी की नींव रखेगा ।

कैसे तैयार हुआ यह नक्शा? ASKAP और फैराडे रोटेशन की भूमिका

एक अनोखा टेलीस्कोप और एक सूक्ष्म भौतिकी

इस नक्शे को बनाने के लिए ऑस्ट्रेलिया की राष्ट्रीय विज्ञान संस्था CSIRO के ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) रेडियो टेलीस्कोप का उपयोग किया गया। यह टेलीस्कोप पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया के मर्चिसन रेडियो-खगोल विज्ञान वेधशाला में स्थित है, जो वजारी यामाजी लोगों की पारंपरिक भूमि पर है ।

ASKAP की कुछ विशेषताएं इसे इस कार्य के लिए अद्वितीय बनाती हैं:

• इसका विस्तृत दृश्य क्षेत्र (Wide Field of View) और एक विशेष डिश रोटेशन प्रणाली इसे आकाश के बड़े-बड़े हिस्सों को तेज़ी से और गहराई से स्कैन करने की क्षमता देती है ।
• टीम ने RACS-low3 नामक सर्वेक्षण के तीसरे चरण के डेटा का उपयोग किया, जो 887.5 MHz की केंद्रीय आवृत्ति पर किया गया था ।

फैराडे रोटेशन: प्रकाश की ध्रुवीकरण पहेली को सुलझाना

ASKAP की व्यापक बैंडविड्थ (800–1087 MHz) और सूक्ष्म चैनलीकरण क्षमता ने एक महत्वपूर्ण भौतिक प्रभाव को सटीकता से मापना संभव बनाया: फैराडे रोटेशन। यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें किसी दूरस्थ आकाशगंगा से आने वाली रैखिक रूप से ध्रुवीकृत रेडियो तरंगों का ध्रुवीकरण तल, रास्ते में आने वाले चुंबकीय प्लाज़्मा से गुज़रने पर घूम जाता है ।

इस घुमाव की मात्रा, जिसे फैराडे रोटेशन माप (RM) कहते हैं, रास्ते में मौजूद चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और मुक्त इलेक्ट्रॉनों के घनत्व के गुणनफल के समानुपाती होती है। सरल शब्दों में, हर एक पहचाने गए ध्रुवीकृत स्रोत के 'RM' को मापकर, वैज्ञानिकों ने यह पता लगाया कि चुंबकीय क्षेत्र कहां-कहां हैं और उनकी सापेक्षिक ताकत कितनी है ।

टीम ने लगभग 40 लाख आकाशगंगाओं से RM डेटा एकत्र किया – यह पिछली सर्वश्रेष्ठ उपलब्धि से 40 गुना बड़ा डेटासेट है – और ASKAP के कच्चे डेटा को पुनर्संसाधित कर ध्रुवीकरण की पूरी तस्वीर फिर से बनाई । यह प्रभावी 'रिज़ॉल्यूशन' लगभग 23 आर्कमिनट के ग्रिड के बराबर है, और माध्यिका RM त्रुटि मात्र 2.2 rad/m² है ।

ब्रह्मांड के 'अदृश्य जाल' का खुलासा

यह नक्शा एक ऐसे अदृश्य चुंबकीय जाल को दर्शाता है जिसे इतने बड़े पैमाने पर और इतनी स्पष्टता से पहले कभी नहीं देखा गया था :

• गैलेक्टिक चुंबकीय तंतु (Filaments): मानचित्र में, आकाशगंगा के उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों पर आश्चर्यजनक रैखिक तंतुमय RM संरचनाएं स्पष्ट रूप से दिखाई देती हैं। ये संरचनाएं ध्रुवों को पूरी तरह से पार करती हुई दिखती हैं और न्यूट्रल हाइड्रोजन या इंटरस्टेलर धूल से मिलती-जुलती हैं ।
• 'जिपर' जैसा अनोखा पैटर्न: आकाशगंगा के आंतरिक भाग (गांगेय तल के समीप) में एक अर्ध-आवधिक RM पैटर्न खोजा गया है, जो इस धारणा को बल देता है कि गांगेय चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में उलटफेर हो सकते हैं – संभवतः यह हमारी आकाशगंगा के केंद्रीय बार की एक विशेषता है ।
• सुपरनोवा अवशेष और दानव आकाशगंगाएं: एक विशाल वलयाकार संरचना (G353-34), जो एक सुपरनोवा विस्फोट का अवशेष है, और हमारी पड़ोसी मैगेलैनिक बादलों के साथ हमारी आकाशगंगा के चुंबकीय अंतःक्रिया के संदर्भ भी इसी नक्शे से स्पष्ट हुए हैं ।
• प्राचीन आकाशगंगाओं के चुंबकीय घेरे: एक सहयोगी शोध पत्र में, SPICE-RACS और DESI के डेटा को मिलाकर, वैज्ञानिकों ने अब तक के सबसे बड़े क्वासर नमूने के साथ यह साबित किया कि लगभग एक अरब वर्ष पहले (z ~ 1) भी आकाशगंगाओं के इर्द-गिर्द चुंबकीय गैस (सीजीएम) मौजूद थी ।

पिछले दो दशकों की तुलना: एक युगांतरकारी छलांग

SKAO की मुख्य वैज्ञानिक प्रो. नाओमी मैक्क्लूर-ग्रिफिथ्स कहती हैं, "पिछले 20 वर्षों से, खगोलविद मूलतः एक ही डेटासेट के साथ काम कर रहे थे", जो दक्षिणी आसमान को कवर तक नहीं करता था । SPICE-RACS हर मामले में एक बड़ी छलांग है:

• 5× अधिक कुल आकाश कवरेज
• ~40× अधिक स्रोतों से डेटा (करीब 40 लाख बनाम पिछली सूचियों के लगभग 100,000)
• पहली बार पूरे दक्षिणी आसमान की कवरेज
• व्यापक बैंडविड्थ RM सटीकता, जिसने पुराने सर्वेक्षणों की जटिलता संबंधी अस्पष्टताओं को प्रभावी ढंग से हल कर दिया

आगे की राह: POSSUM से SKA तक

SPICE-RACS, पॉसम (POSSUM - Polarisation Sky Survey of the Universe's Magnetism) नामक विशाल अंतरराष्ट्रीय सहयोग का एक प्रारंभिक उत्पाद है । POSSUM के तीन प्रमुख लक्ष्य हैं: (1) लगभग 30,000 वर्ग डिग्री क्षेत्र का एक व्यापक RM ग्रिड बनाना, (2) हमारी अपनी आकाशगंगा के चुंबकीय क्षेत्रों का अध्ययन, और (3) अन्य आकाशगंगाओं और ब्रह्मांडीय जाल में चुंबकीय क्षेत्रों की जाँच ।

निकट भविष्य: ASKAP से और अधिक गहरे और बेहतर अवलोकन लगातार जारी रहेंगे, जिससे आने वाले कुछ वर्षों में और भी उच्च गुणवत्ता वाले मानचित्र बनेंगे ।

दीर्घकालिक योजना: जब इस दशक के अंत में स्क्वायर किलोमीटर एरे (SKA) टेलीस्कोप का संचालन शुरू होगा, तो वैज्ञानिक ब्रह्मांडीय जाल के चुंबकीय क्षेत्रों को और भी सूक्ष्मता से चार्ट कर सकेंगे। कॉस्मिक मैग्नेटिज्म SKA की पाँच प्रमुख विज्ञान परियोजनाओं में से एक है । ASKAP दरअसल SKA के लिए एक अग्रदूत (precursor) टेलीस्कोप है और पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में यही वह स्थल भी है जहाँ SKA का निम्न-आवृत्ति वाला भाग (SKA-Low) बनाया जा रहा है ।

यह क्यों मायने रखता है?

यह खोज खगोल भौतिकी के एक बुनियादी अनसुलझे सवाल – ब्रह्मांड के इतिहास में चुंबकीय क्षेत्रों की उत्पत्ति और भूमिका – को समझने का एक नया रास्ता खोलती है।

• चुंबकीय क्षेत्र प्रभावित करते हैं कि आकाशगंगाएं कैसे विकसित होती हैं, पदार्थ अंतरिक्ष में कैसे गति करता है, और अरबों वर्षों में ब्रह्मांड कैसे विकसित हुआ ।
• इस डेटा से वैज्ञानिक अब उन लंबे समय से पूछे जा रहे सवालों के जवाब तलाश सकेंगे जैसे "ब्रह्मांड में चुंबकीय क्षेत्र पहली बार कब प्रकट हुए?" और "ब्रह्मांडीय जाल के चुंबकीय क्षेत्र आकाशगंगाओं के निर्माण को कैसे प्रभावित करते हैं?"
• SPICE-RACS का यह संपूर्ण डेटा CSIRO के डेटा एक्सेस पोर्टल के माध्यम से मुफ्त उपलब्ध है, ताकि दुनिया भर के वैज्ञानिक नई खोजें कर सकें ।

निष्कर्षतः, SPICE-RACS एक अधूरे, पुराने डेटासेट पर दो दशकों की निर्भरता को समाप्त करता है और एक ऐसे नए अवलोकन युग की शुरुआत करता है, जो आने वाले दशकों तक खगोल भौतिकी की नींव रखेगा ।