के अवलोकनों का उपयोग करना अंगूर -3 म्यूऑन डिटेक्टर की मदद से भारत और जापान के भौतिकविदों ने ब्रह्मांडीय किरण ऊर्जा स्पेक्ट्रम के एक कम समझे जाने वाले क्षेत्र का अभूतपूर्व विस्तार से पता लगाया है। फहीम वर्सी पर भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान कानपुर और सहकर्मियों ने स्पेक्ट्रम में गड़बड़ी के रूप में पहले से अनदेखी विशेषता की पहचान की। अवलोकन ब्रह्मांडीय किरणों की उत्पत्ति पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता का सुझाव देते हैं।
मुख्य रूप से प्रोटॉन और हीलियम नाभिक से बनी, कॉस्मिक किरणें अत्यधिक ऊर्जावान कण हैं जो लगातार पृथ्वी के वायुमंडल पर बमबारी करती हैं। जैसे ही वे वायुमंडल के साथ संपर्क करते हैं, कॉस्मिक किरणें इलेक्ट्रॉन, फोटॉन और म्यूऑन सहित द्वितीयक कणों की बौछार उत्पन्न करती हैं - जो पृथ्वी पर बरसती हैं।
कॉस्मिक किरणों की पहचान पहली बार 1912 में विक्टर हेस द्वारा किए गए नोबेल पुरस्कार विजेता अवलोकन में की गई थी। फिर भी उनकी आरंभिक पहचान के एक शताब्दी बाद भी, हमें अभी भी इन कणों की प्रकृति के बारे में बहुत कुछ सीखना बाकी है। जबकि खगोलविदों का मानना है कि ब्रह्मांडीय किरणें सितारों, सुपरनोवा और सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक सहित कई अलग-अलग स्रोतों से उत्पन्न होती हैं, उनकी उत्पत्ति पूरी तरह से समझ में नहीं आती है क्योंकि कण चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित होते हैं क्योंकि वे पृथ्वी पर बड़ी दूरी तय करते हैं।
सटीक माप की आवश्यकता है
टीम के सदस्य का कहना है, "कॉस्मिक किरणों को ब्रह्मांड में सबसे ऊर्जावान कण माना जाता है।" प्रवाता मोहंती मुंबई में टाटा इंस्टीट्यूट फॉर फंडामेंटल रिसर्च में। "ब्रह्मांडीय किरणों में मौलिक ऊर्जा स्पेक्ट्रम के आकार का सटीक माप उनकी उत्पत्ति, त्वरण और प्रसार के बारे में हमारी समझ को आगे बढ़ाने के लिए आवश्यक है।"
समझ में एक विशेष रूप से स्पष्ट अंतर 100 TeV-1 PeV रेंज में ऊर्जा पर कॉस्मिक-किरण स्पेक्ट्रम के बीच में है। इस विंडो में, कण अंतरिक्ष-आधारित डिटेक्टरों द्वारा सीधे उठाए जाने के लिए बहुत ऊर्जावान हैं, लेकिन इतनी ऊर्जावान नहीं हैं कि बड़ी संख्या में शॉवर कण पृथ्वी पर डिटेक्टरों तक पहुंच सकें।
इस ऊर्जा सीमा का अधिक विस्तार से पता लगाने के लिए, वर्सी की टीम ने GRAPES-3 प्रयोग से टिप्पणियों की जांच की। यह भारत के दक्षिण में स्थित एक म्यूऑन वेधशाला है जिसमें जगमगाते डिटेक्टरों की एक श्रृंखला शामिल है। यह सुविधा समुद्र तल से 2200 मीटर की ऊंचाई पर स्थित है, जिससे वायुमंडल के साथ संपर्क करने से पहले म्यूऑन का पता लगाना आसान हो जाता है।
मोहंती बताते हैं, "ग्रेप्स-3 में एक बड़ा क्षेत्र डिटेक्टर है, जो हमें कॉस्मिक किरण वर्षा में म्यूऑन घटक के माध्यम से कॉस्मिक किरणों की मौलिक संरचना को मापने में सक्षम बनाता है।" "अंतरिक्ष-आधारित डिटेक्टरों की तुलना में कई हजार गुना बड़े पहचान क्षेत्र के साथ, GRAPES-3 माप में असाधारण उच्च सांख्यिकीय सटीकता सुनिश्चित करता है।"
चार साल का अध्ययन
शोधकर्ताओं ने 8 और 460 में 2014 दिनों की अवधि में देखी गई लगभग 2015 मिलियन शॉवर घटनाओं का मूल्यांकन किया। उनकी विश्लेषणात्मक और त्रुटि सुधार तकनीकों की जटिलता के कारण, विश्लेषण को पूरा होने में चार साल लग गए। टीम का कहना है कि इसके परिणाम मध्य-ऊर्जा विंडो का पहला विस्तृत दृश्य प्रदान करते हैं।
मोहंती बताते हैं, "अध्ययन ने कॉस्मिक-किरणों में प्रोटॉन स्पेक्ट्रम को 50 TeV से 1.3 PeV तक मापा, जो अंतरिक्ष-आधारित और जमीन-आधारित मापों से टिप्पणियों को प्रभावी ढंग से जोड़ता है।"
वर्सी की टीम द्वारा देखी गई सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से लगभग 166 TeV पर ऊर्जा स्पेक्ट्रम में एक गड़बड़ी थी, जिसमें थोड़ी अधिक ऊर्जा पर अपेक्षा से अधिक ब्रह्मांडीय प्रोटॉन का पता चला था। पहले, जमीन-आधारित प्रयोगों ने लगभग 3 PeV पर एक समान गड़बड़ी का पता लगाया था, जिसे आकाशगंगाओं से निकलने वाली ब्रह्मांडीय किरणों के लिए अधिकतम ऊर्जा माना जाता था।
इस बिंदु तक, शोधकर्ताओं ने आम तौर पर यह मान लिया था कि प्रेक्षित क्षेत्र में प्रोटॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रम को एक सरल शक्ति कानून द्वारा वर्णित किया जा सकता है। हालाँकि, टीम की खोज इस धारणा को तोड़ती हुई प्रतीत होती है।
"यह इस संभावना का सुझाव देता है कि स्रोतों का एक वर्ग, जिसे आमतौर पर सुपरनोवा अवशेष माना जाता है, प्रभावी ढंग से देखे गए किंक तक ब्रह्मांडीय किरणों को तेज कर सकता है, जबकि दूसरा वर्ग किंक से परे प्रमुख हो जाता है," मोहंती बताते हैं।
इन परिणामों के आधार पर वर्सी की टीम को उम्मीद है कि जल्द ही इन प्रभावों को ध्यान में रखते हुए नए मॉडल सामने आ सकते हैं। यदि हासिल किया गया, तो वे हमारी समझ को मजबूत करने में मदद कर सकते हैं कि ब्रह्मांडीय किरणें कैसे उभरती हैं, तेज होती हैं और अंतरिक्ष दूरियों में फैलती हैं।
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- स्रोत: https://physicsworld.com/a/kink-in-cosmic-ray-spectrum-puzzles-astrophysicists/
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