भारत का एक्स-किरण ध्रुवीकरण खगोल विज्ञान प्रयास

भारत अपने पहले एक्स-किरण ध्रुवणमापी उपग्रह (एक्सपोसैट) प्रमोचन के लिए तैयार है, जिसका उद्देश्य गहन एक्स-किरण स्रोतों के ध्रुवीकरण की जांच करना है। जबकि भारत में अंतरिक्ष आधारित एक्स-किरण खगोल विज्ञान की स्थापना की गई है, मुख्य रूप से प्रतिबिंबन, समय-क्षेत्र अध्ययन और स्पेक्ट्रोस्कोपी पर ध्यान केंद्रित करते हुए, यह आगामी मिशन एक प्रमुख मूल्य-वर्धन को चिह्नित करता है। खगोल विज्ञान समुदाय विशेष रूप से खगोलीय स्रोतों द्वारा उत्सर्जित एक्स-किरण के ध्रुवीकरण में एक व्यवस्थित अन्वेषण की संभावना के बारे में उत्साहित है। यह अनुसंधान, पारंपरिक समय और आवृत्ति क्षेत्र अध्ययनों को पूरक करते हुए, एक्स-किरण खगोल विज्ञान के लिए एक उपन्यास आयाम पेश करता है, वैज्ञानिक समुदाय के भीतर प्रत्याशा और गहन उत्साह पैदा करता है।

एक्सपोसैट अंतरिक्षयान को दो वैज्ञानिक नीतभारों को वहन करते हुए निम्न पृथ्वी कक्षा (~650 किमी की गैर-सूर्य तुल्यकाली कक्ष, ~6 डिग्री की कम झुकाव) से प्रेक्षण के लिए नामित किया गया है। इन दो नीतभारों के साथ, एक्सपोसैट (XPoSat) मिशन उज्ज्वल एक्स-किरण स्रोतों के अस्थायी, वर्णक्रमीय और ध्रुवीकरण सुविधाओं के साथ-साथ अध्ययन करने में सक्षम है। मिशन के उद्देश्यों में (i) एक्स-किरण स्रोतों से निकले 8-30 केईवी के ऊर्जा बैंड में एक्स-किरण ध्रुवीकरण का मापन, (ii) 0.8-15 केईवी के ऊर्जा बैंड में ब्रह्माण्डीय एक्स-किरण स्रोतों का दीर्घकालिक बहुवर्णक्रम और अस्थायी अध्ययन शामिल है। मिशन जीवन के ~ 5 वर्ष होने की उम्मीद है। एक्सपोसैट पर नीतभार पृथ्वी की छाया के माध्यम से अपने पारगमन, यानी ग्रहण अवधि के दौरान एक्स-किरण स्रोतों का निरीक्षण करेगा।

इस समय, इस मिशन के महत्व की समीक्षा के लिए, खगोलीय यंत्रीकरण के विकास और ब्रह्मांड में रहस्यों के क्रमिक रूप से सामने आने का पूर्वव्यापी रूप लेना उपयुक्त है।

यह सब चार सौ साल पहले प्रकाशिकी दूरबीन के आविष्कार से शुरू हुआ। यहां तक कि खगोल विज्ञान के साथ हमारी प्रारंभिक परिचय, स्कूली दिनों के दौरान, अक्सर प्रकाशिकी दूरबीन शामिल होते थे, जो हमारे सौर प्रणाली में चंद्रमा की विशेषताओं और ग्रहों को देखते थे। खगोलीय फोटोग्राफी के लिए कैमरे संलग्न करने के लिए आगे बढ़ते हुए, हमारी क्षमता खगोलीय प्रतिबिंबन तक बढ़ गई। इस तरह के प्रतिबिंबन दूरबीन द्वारा ग्रह, प्राकृतिक उपग्रहों के प्रतिबिंबन और ताराप्रकाशीय उतार-चढ़ाव की निगरानी की जा सकी है। बाद में, हमने तारकीय प्रकाश में आवृत्ति घटकों का विश्लेषण किया, इस प्रकार स्पेक्ट्रोस्कोपी को खगोल विज्ञान में एक महत्वपूर्ण उपकरण बना दिया। प्रतिबिंबन और स्पेक्ट्रोस्कोपी को एकीकृत करते हुए, उपकरण विविध तरंग दैर्ध्य पर खगोलीय निकायों के प्रतिबिंबन में सक्षम हुए। उल्लेखनीय उदाहरणों में दृश्य, पराबैंगनी और एक्स-किरण तरंगदैर्ध्य में सूर्य के आकर्षक प्रतिबिंब शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक सूर्य की जटिल कहानी का एक पहलू प्रकट करती है।

प्रतिबिंबन के अलावा, एक स्रोत और स्पेक्ट्रोस्कोपी से प्रकाश के उतार-चढ़ाव का अध्ययन करते हुए, प्रेक्षण खगोल विज्ञान के लिए एक और उपकरण उभरा। यह 'ध्रुवीकरण' था, जिसे प्रकाश के आंतरिक गुणों में से एक माना जाता है। चूंकि खगोल विज्ञान में प्रत्येक आवृत्ति बैंड में विकिरण उत्पन्न करने वाली प्रक्रियाओं के बारे में बताने के लिए एक कहानी है, ध्रुवीकरण की जानकारी प्रक्रियाओं के साथ-साथ क्षेत्रों की स्थानीय एनीसोट्रोपी (इलेक्ट्रिक/चुंबकीय/गुरुत्वाकर्ष) के लिए एक गहरी अंतर्दृष्टि प्रदान करती है।

संक्षेपतः, एक्स-किरण ध्रुवीकरण विकिरण तंत्र और खगोलीय स्रोतों की ज्यामिति की जांच के लिए एक महत्वपूर्ण नैदानिक उपकरण के रूप में कार्य करता है। एक्स-किरण ध्रुवीकरण चिह्नों का विश्लेषण ब्लैक होल के अभिवृद्धि के द्रव्यमान और घुमाव के मापन, स्रोत की ज्यामितीय व्यवस्था और स्थानीय गुणों की समझ, अभिवृद्धि प्रवाह, बहिर्वाह और जेट्स की खोज, एक्स-किरण विकीर्णन और प्रतिबिंब माध्यमों की प्रकृति की जांच, मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों का अनुमान, और अन्य अनुप्रयोगों के अलावा, स्पंदित्रों में विकिरण क्षेत्र और कण त्वरण प्रक्रियाओं का रहस्योद्घाटन करने में सक्षम बनाता है। इनमें से प्रत्येक प्रक्रिया शामिल ऊर्जावान के आधार पर उपयुक्त ऊर्जा बैंड के भीतर अपने विशिष्ट चिह्न प्रकट करती है। इसरो द्वारा एक्सपोसैट मिशन को विशेष रूप से चमकीले एक्स-किरण स्रोतों से निकलने वाले ऐसे एक्स-किरण ध्रुवीकरण चिह्नों की जांच करने के लिए डिजाइन किया गया है।

एक्सपोसैट मिशन

एक्सपोसैट, पोलिक्स (एक्स-किरण में ध्रुवणमापी उपकरण) का प्राथमिक नीतभार ध्रुवणमापी मापदंडों को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है - विशेष रूप से ध्रुवीकरण की डिग्री और कोण - 8-30 केवी फोटोन के मध्यम एक्स-किरण ऊर्जा रेंज में खगोलीय स्रोतों से उत्पन्न होता है। इसे पूरा करते हुए, एक्सस्पेक्ट (एक्स-किरण स्पेक्ट्रोस्कोपी और कालन) नीतभार 0.8-15 केईवी की ऊर्जा सीमा के भीतर स्पेक्ट्रोस्कोपिक जानकारी प्रदान करेगा। पोलिक्स नीतभार को इसरो केंद्रों के समर्थन से रमन रिसर्च इंस्टीट्यूट (आरआरआई), बैंगलोर द्वारा विकसित किया गया है। एक्सपेक्ट नीतभार को यूआर राव उपग्रह केंद्र (यूआरएससी), इसरो द्वारा विकसित किया गया है।

पोलिक्स नीतभार 8-30 केईवी के ऊर्जा बैंड के भीतर खगोलीय प्रेक्षणों के लिए डिज़ाइन किए गए एक्स-किरण ध्रुवणमापी के रूप में कार्य करता है। उपकरण में एक कोलिमेटर, एक स्कैटरर और स्कैटरर के आसपास चार एक्स-किरण आनुपातिक काउंटर संसूचक शामिल हैं। कम परमाणु द्रव्यमान सामग्री से निर्मित स्कैटरर आने वाले ध्रुवीकृत एक्स-किरण के एनिसोट्रोपिक थॉमसन विकीर्णन को प्रेरित करता है। कोलिमेटर दृश्य के क्षेत्र को 3 डिग्री x 3 डिग्री तक सीमित रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, यह सुनिश्चित करता है कि अधिकांश प्रेक्षण के लिए केवल एक चमकीला स्रोत दृश्य क्षेत्र में है। पोलिक्स का प्राथमिक उद्देश्य एक्सपोसैट मिशन के नियोजित 5-वर्षीय जीवनकाल के दौरान विभिन्न श्रेणियों में चमकीले खगोलीय स्रोतों का निरीक्षण करना है। विशेष रूप से, पोलिक्स मध्यम एक्स-किरण ऊर्जा बैंड में पहले नीतभार के रूप में बाहर खड़ा है जो विशेष रूप से ध्रुवणमापी माप के लिए समर्पित है।

एक्सपेक्ट एक एक्स-किरण स्पेक्ट्रोस्कोपी और कालन उपकरण है, जिसे सॉफ्ट एक्स-किरण (0.8-15 केईवी) में द्रुत समय और उत्कृष्ट स्पेक्ट्रोस्कोपिक विभेदन की पेशकश करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक्सपेक्ट सॉफ्ट एक्स-किरण उत्सर्जन की दीर्घकालिक अस्थायी निगरानी के साथ-साथ लाइन फ्लक्स और प्रोफाइल में परिवर्तन की निगरानी भी करता है। उपकरण में 6 केईवी में 30 सेमी से अधिक प्रभावी क्षेत्र और 6 केईवी में 200 ईवी से कम के प्रभावशाली ऊर्जा विभेदन के साथ स्वेप्ट चार्ज डिवाइस (एससीडी) की एक सरणी शामिल है। एक्सपेक्ट अपने दृश्य क्षेत्र को संकुचित करके पृष्ठभूमि को कम करने के लिए निष्क्रिय कोलिमेटर को नियोजित करता है। यह नीतभार एक्स-रे पुलसर, ब्लैक होल बाइनरी, लो-मैग्नेटिक फील्ड न्यूट्रॉन स्टार (एनएस), एक्टिव गैलेक्टिक न्यूक्लिक (एजीएनएस) और मैग्नेटर सहित विभिन्न स्रोतों का निरीक्षण करने का अनुमान है।

भारतीय खगोल विज्ञान समुदाय को एक साथ लाना

25 मई, 2023 को, इसरो ने खगोल विज्ञान में वैज्ञानिक समझ को आगे बढ़ाने में एक्सपोसैट के इष्टतम उपयोग का पता लगाने के लिए राष्ट्रीय विशेषज्ञों को एक साथ लाने के उद्देश्य से एक दिवसीय एक्सपोसैट उपयोगकर्ता बैठक आयोजित की। उपयोगकर्ता बैठक में देश भर के लगभग 20 संस्थानों और विश्वविद्यालयों की भागीदारी देखी गई। बैठक में लगभग 150 प्रतिभागियों ने भाग लिया, जिसमें लगभग 100 ने वैयक्तिक उपस्थिति के साथ और अन्य ऑनलाइन प्लेटफॉर्म के माध्यम से भाग लिया। इस कार्यक्रम में लगभग 20 प्रस्तुतियां शामिल थीं, जिसमें एक्सपोसैट परियोजना टीम और देश भर में व्यापक वैज्ञानिक समुदाय के योगदान शामिल थे। वैज्ञानिक सत्रों ने खगोल विज्ञान में एक्स-किरण ध्रुवीकरण मापन के महत्व और विभिन्न खगोलीय स्रोतों जैसे ब्लैक होल, न्यूट्रॉन स्टार एक्स-रे बाइनरी, पृथक न्यूट्रॉन स्टार, सक्रिय आकाशगांगेय नाभिक, अल्ट्रा-ल्यूमिनस एक्स-किरण स्रोतों पर एक्सपोसैट के प्रत्याशित प्रभाव पर चर्चा की। इसके अतिरिक्त, चर्चा में एक्सपोसैट डेटा की व्याख्या के लिए आवश्यक मॉडलिंग आवश्यकताओं को शामिल किया गया। बैठक ने एक्सपोसैट से प्राप्त वैज्ञानिक परिणामों को अधिकतम करने के उद्देश्य से, आगे के रास्ते के बारे में चर्चा में योगदान देने के लिए प्रतिभागियों के लिए एक खुला मंच भी प्रदान किया।

बैठक के बाद, भारत के खगोल विज्ञान समुदाय ने एक्सपोसैट मिशन में अपार वैज्ञानिक संभावनाएं व्यक्त कीं। एक्सपोसैट डेटा के विश्लेषण करने के लिए उत्सुक, उन्होंने छात्र समुदाय को शामिल करने के महत्व पर जोर दिया। इसके अलावा, समुदाय ने एक उपयुक्त प्रारंभिक बिंदु के रूप में सेवा करने वाले एक्सपोसैट मिशन के साथ भारत में एक्स-रे ध्रुवीकरण में भवन विशेषज्ञता के महत्व पर प्रकाश डाला।

अंतरिक्ष-आधारित एक्स-किरण ध्रुवीकरण में अंतरराष्ट्रीय रुझान

अंतरराष्ट्रीय स्तर पर, एक्स-किरण ध्रुवीकरण का अंतरिक्ष-आधारित अध्ययन अत्यधिक महत्व प्राप्त कर रहा है। 9 दिसंबर 2021 को शुरू किया गया इमेजिंग एक्स-किरण ध्रुवणमापी अन्वेषक (आईएक्सपीई) मिशन, विभिन्न खगोलीय वस्तुओं में एक्स-रे ध्रुवीकरण की जांच पर केंद्रित नासा के उद्घाटन अंतरिक्ष-आधारित प्रयास का प्रतिनिधित्व करता है। आईएक्सपीई ब्रह्मांड की कुछ सबसे चरम घटनाओं के आसपास के रहस्यों को उजागर करने के लिए समर्पित है। इनमें सुपरनोवा विस्फोटों के अवशेषों, काले छेदों को खिलाने से उत्सर्जित कण धाराओं और अन्य पेचीदा लौकिक घटनाओं का अध्ययन शामिल है।

इस संदर्भ में, एक्सपोसैट मिशन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा। ध्रुवीकरण मापन के लिए 8-30 केईवी की एक्सपोसैट ऊर्जा रेंज 2-8 केईवी की आईएक्सपीई ऊर्जा रेंज के लिए पूरक है। इसलिए, एक्सपोसैट और आईएक्सपीई अंतरिक्षयान सामूहिक रूप से उज्ज्वल एक्स-किरण स्रोतों के लिए विभिन्न उत्सर्जन तंत्र और भौतिकी का अन्वेषण करेंगे। इस प्रकार, जब आईएक्सपीई और एक्सपोसैट एक ही समय-सीमा में प्रचालनशील होंगे, तो उनका समन्वित अवलोकन चमकीले एक्स-किरण स्रोतों के लिए ध्रुवणमापीय प्रेक्षणों के लिए 2-30 केईवी की ऊर्जा सीमा में एक विस्तृत प्रेक्षण खिड़की प्रदान करेगा।

भौतिकी संबंधी निहित सिद्धांत

इस बिंदु पर, आइए हम प्रकाश के ध्रुवीकरण के मूल भौतिकी पर एक करीबी नज़र डालें, और यह खगोल विज्ञान में नैदानिक उपकरण के रूप में कैसे काम करता है।

प्रकाश का ध्रुवीकरण

प्रकाश को अक्सर एक वैद्युतचुंबकीय तरंग के रूप में वर्णित किया जाता है, जो समय-और अंतरिक्ष-दोलनकारी विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की एक श्रृंखला है जो चरण के सही तुल्यकालन में अंतरिक्ष में संचार करती है। प्रकाश-तरंग-श्रृंखला की लंबाई (कोई भी उन्हें परिमित लंबाई के साथ प्रकाश के तीर के रूप में देख सकता है), जिसे 'सुसंगतता लंबाई' के रूप में भी जाना जाता है, प्रकाश के वेग और इसकी पीढ़ी से जुड़े समय के उत्पाद द्वारा दिया जाता है। आइए हम एक ही प्रकाश-तरंग-श्रृंखला बारे में अधिक चर्चा करें।

यदि समय जम जाता है, और किसी तरह, बिजली और चुंबकीय क्षेत्र सदिश दृश्यमान हैं, तो समय-जमी हुई प्रकाश-तरंग 'श्रृंखला' को x-दिशा (कथन), स्थानिक रूप से भिन्न चुंबकीय क्षेत्र में y-दिशा में, और Z-दिशा में तरंग-प्रचार में स्थानिक रूप से भिन्न साइनसोइडल विद्युत क्षेत्र के रूप में देखा जाता है। इसका मतलब है कि एक्स-दिशा विद्युत क्षेत्र सदिश के दोहन की दिशा का प्रतिनिधित्व करेगी, और वाई-दिशा चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर के दोहन की दिशा का प्रतिनिधित्व करेगी। उस प्रकाश-तरंग 'श्रृंखला' के ध्रुवीकरण को एक्स-दिशा के साथ कहा जाता है, क्योंकि यह एक प्रकाश-तरंग 'श्रृंखला' के विद्युत क्षेत्र सदिश की दिशा को ध्रुवीकरण की दिशा के रूप में संदर्भित करने के लिए प्रथागत है। चूंकि किसी दिए गए प्रकाश-तरंग 'श्रृंखला' में विद्युत क्षेत्र सदिश एक निश्चित समतल (और चुंबकीय क्षेत्र सदिश विद्युत क्षेत्र सदिश के समतल के लंबवत होते हैं), यह पूरी तरह से (यानी 100%) ध्रुवीकृत में संरेखित होते हैं इस प्रकार, प्रकाश के ध्रुवीकरण का वर्णन करने वाले मापदंडों में से एक ध्रुवीकरण का कोण है (अर्थात एक संदर्भ दिशा के संबंध में विद्युत क्षेत्र सदिश)।

नैदानिक औजार के रूप में ध्रुवीकरण

अब तक हमने एक प्रकाश-तरंग-श्रृंखला के बारे में चर्चा की है, जहां ध्रुवीकरण का कोण अच्छी तरह से परिभाषित है। वास्तव में, प्रकाश का एक स्रोत प्रकाश-तरंग-श्रृंखला की कई संख्या को उत्सर्जित करती है, और सामान्य रूप से, व्यक्तिगत प्रकाश-तरंग-श्रृंखला के ध्रुवीकरण के कोणों के बीच कोई संबंध नहीं है। इसलिए, यदि किसी स्रोत से उत्सर्जित, ऐसी प्रकाश-तरंग-श्रृंखला की अनंत संख्या पर विचार किया जाता है, तो सांख्यिकीय रूप से (समय के साथ एकीकृत) शुद्ध ध्रुवीकरण कोण शून्य हो जाएगा, और प्रकाश के ऐसे स्रोत को एक अपध्रुवीकृत प्रकाश स्रोत के रूप में जाना जाता है। यहां एक और प्राचल आता है जो ध्रुवीकरण की डिग्री को निर्धारित करता है, प्रतिशत में व्यक्त किया जाता है। एक प्रकाश स्रोत के लिए जहां शुद्ध ध्रुवीकरण शून्य है, ध्रुवीकरण की डिग्री शून्य प्रतिशत है। इसी तरह, यदि प्रकाश के स्रोत में 70% डिग्री ध्रुवीकरण है, तो इसका मतलब है कि, औसतन 70% प्रकाश-तरंग-श्रृंखला एक विशिष्ट दिशा में कंपन कर रही हैं, जबकि शेष 30% यादृच्छिक रूप से उन्मुख हैं। यह संरेखण, या समरूपता का विघटन (0% ध्रुवीकरण सही दिशात्मक समरूपता का प्रतिनिधित्व करता है) आमतौर पर पदार्थ या अन्य भौतिक प्रक्रियाओं के साथ अंतःक्रिया के कारण होता है जो किसी विशेष अभिविन्यास के साथ प्रकाश तरंगों को अधिमानतः प्रसारित करते हैं।

इस प्रकार, यदि कोई प्रकाश स्रोत, जो कई प्रकाश-तरंग-श्रृंखला का उत्सर्जन करता है, शुद्ध ध्रुवीकरण (एक सीमित समय में एकीकृत) का एक महत्वपूर्ण गैर-शून्य मूल्य प्रदर्शित करता है, तो यह इंगित करता है कि एक या अधिक कारण होने चाहिए जो सांख्यिकीय रूप से प्रभावित कर रहे हैं प्रकाश-तरंग-ट्रेनों का ध्रुवीकरण इस प्रकार एक समग्र ध्रुवीकरण बायस पैदा करता है। इसके पीछे का कारण एक आइसोट्रॉपरहित क्षेत्र हो सकता है, और/या कोई अन्य कारक जो प्रकाश-तरंग-ट्रेनों के ध्रुवीकरण के कोण को प्रभावित करने में सक्षम है।

समग्र गैर-शून्य ध्रुवीकरण में योगदान करने वाले कारक प्रकाश-तरंगों की उत्पत्ति से भी जुड़े हुए हैं। जबकि कई मौलिक तरीके हैं जिनमें एक स्रोत से प्रकाश उत्सर्जित होता है, उनमें से एक, जैसा कि इस चर्चा के लिए प्रासंगिक है, चार्ज किए गए कणों के त्वरण की प्रक्रिया से उत्पन्न प्रकाश है। एक चार्ज कण के रूप में तेजी लाने के लिए बनाया जाता है, यह इलेक्ट्रोमैग्नेटिक विकिरण (जैसे, प्रकाश-तरंग-श्रृंखला) की ट्रेनों को उत्सर्जित करता है। त्वरण किसी भी क्षेत्र के कारण हो सकता है, यह विद्युत, चुंबकीय या गुरुत्वाकर्षण भी हो सकता है। इस संदर्भ में, आइए हम एक ही चार्ज किए गए कण पर विचार करें। चार्ज किए गए कण के कारण विद्युत क्षेत्र वेक्टर की तात्कालिक दिशा इसके तात्कालिक वेग और त्वरण पर निर्भर करती है। जैसे-जैसे समय बढ़ता है, चार्ज कण के वेग और त्वरण दोनों बदल जाते हैं, और इस प्रकार उत्सर्जित प्रकाश-तरंग-श्रृंखला (यानी यानी) से जुड़े विद्युत क्षेत्र सदिश की दिशा ध्रुवीकरण का कोण भी बदल दिया गया है। यदि एक चार्ज किए गए कण से उत्सर्जित प्रकाश-तरंग-श्रृंखला के ध्रुवीकरण को समय के साथ एकीकृत किया जाता है, तो यह एक औसत प्रभाव प्रदर्शित करता है। यह एक चार्ज किए गए कण द्वारा उत्पन्न प्रकाश-तरंग-श्रृंखला के साथ होता है।

वास्तव में, एक अत्यधिक ऊर्जावान प्रक्रिया में कई चार्ज कण शामिल होते हैं, जो कई प्रकाश-तरंग-श्रृंखलाओं को उत्सर्जित करते हैं, जहां ध्रुवीकरण के कोण एक दूसरे से स्वतंत्र होते हैं। क्षेत्र के समोट्रोपिक विन्यास में, प्रकाश-तरंग-श्रृंखलाओं का शुद्ध ध्रुवीकरण शून्य हो जाता है, जबकि समय के साथ एकीकृत होता है। यदि अन्यथा पाया जाता है, जिसका अर्थ है शुद्ध ध्रुवीकरण का गैर-शून्य मूल्य, यह ज्यामिति में एक एनीसोट्रॉपी, चार्ज किए गए कणों का वेग वितरण, और/या बिजली, चुंबकीय या गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों की स्थानीय स्थिति दर्शाता है। इस प्रकार, प्रकाश के ध्रुवीकरण का अध्ययन भौतिकी में एक नैदानिक उपकरण की महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

जब हम एक प्रकाश स्रोत से शुद्ध ध्रुवीकरण का अध्ययन करते हैं, तो हम इसके ध्रुवीकरण की डिग्री और ध्रुवीकरण के कोण का अध्ययन करते हैं।

खगोल विज्ञान में ध्रुवीकरण

खगोल विज्ञान में, कई प्रक्रियाएं हैं जो विकिरण का उत्सर्जन करती हैं। सामान्य तौर पर, हम ऐसे विकिरण पर तीन प्रश्न पूछते हैं, अर्थात। (i) विकिरण की तीव्रता समय के साथ बदलती है, (ii) उस विकिरण (स्पेक्ट्रोस्कोपी), और (iii) ध्रुवीकरण (ध्रुवीकरण की डिग्री और कोण) में निहित आवृत्तियां क्या हैं। जबकि एक खगोलीय प्रक्रिया से जुड़ी ऊर्जा जो एक विकिरण उत्सर्जित करती है, उसकी आवृत्ति सामग्री को नियंत्रित करती है, क्षेत्र की स्थानीय स्थितियों में एनिसोट्रॉपी और/या चार्ज किए गए कणों के वेग उत्सर्जित विकिरण के शुद्ध ध्रुवीकरण को नियंत्रित करते हैं। खगोलीय प्रक्रिया में शामिल ऊर्जा के आधार पर, उत्सर्जन दृश्य, पराबैंगनी, एक्स-किरण, या किसी अन्य आवृत्ति बैंड में हो सकता है।

ऐसे स्रोतों के कुछ ऐसे उदाहरणों में चुंबकीय क्षेत्र में चार्ज किए गए कणों के जाइरेशन, इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रकाश का बिखरने के कारण सिंक्रोट्रॉन विकिरण शामिल है

चुंबकीय क्षेत्र के बारे में चार्ज किए गए कणों के एक समूह के मामले में, सिंक्रोट्रॉन विकिरण का शुद्ध ध्रुवीकरण चुंबकीय क्षेत्र के लिए ऑर्थोगोनल है। इस प्रकार उत्सर्जित सिंक्रोट्रॉन विकिरण के ध्रुवीकरण की डिग्री चुंबकीय क्षेत्र की एकरूपता पर निर्भर करती है। बिखरने के उदाहरण में, घटना फोटन और बिखरने वाले (इलेक्ट्रॉनों का कहना है) की सापेक्ष ऊर्जा के आधार पर, थॉमसन बिखरने या कॉम्पटन बिखरने के मामले हो सकते हैं। थॉमसन स्कैटरिंग तब होता है जब घटना फोटॉन में इलेक्ट्रॉनों की शेष द्रव्यमान ऊर्जा की तुलना में बहुत कम ऊर्जा होती है, जबकि दूसरी ओर, कॉम्पटन स्कैटरिंग उच्च ऊर्जा पर होती है जहां घटना फोटॉन की की ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों की शेष द्रव्यमान ऊर्जा से तुलनीय या अधिक होती है। । दोनों ही मामलों में, घटना फोटॉन द्वारा इलेक्ट्रॉनों की गड़बड़ी पूर्व को घटना फोटॉन के विद्युत क्षेत्र की दिशा में दोलन करने का कारण बनती है, जो बदले में, अत्यधिक ध्रुवीकृत विकिरण के उत्सर्जन का कारण बनता है। खगोल विज्ञान के संदर्भ में, यह एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उदाहरण के लिए, ब्लैक होल एक्स-किरण बाइनरी में अभिवृद्धि डिस्क एक्स-किरण पैदा करती है, जो बिखरे हुए होते हैं और उच्च डिग्री के ध्रुवीकरण उत्पन्न करते हैं। प्रेक्षित एक्स-रे ध्रुवीकरण डिस्क के झुकाव पर निर्भर करता है, और मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र प्रकाश को मोड़ता है, जिससे ध्रुवीकरण के मैदान को घुमाया जाता है। ये घटनाएं हमें ब्लैक होल के द्रव्यमान और स्पिन का अनुमान लगाने में मदद करती हैं, क्योंकि ब्लैक होल का स्पिन स्पेस-टाइम निरंतरता को विकृत कर देगा, जिससे एक्स-किरण के ध्रुवीकरण के मैदान को प्रभावित किया जा सकेगा। इसके अलावा, प्रवाह के आंतरिक क्षेत्रों में तप्त कोरोना में कॉम्पटन विकीर्णन होता है।

माइक्रोकासर में चुंबकीय रूप से सीमित जेट ध्रुवीकरण की मजबूत डिग्री के साथ उच्च ऊर्जा विकिरण के स्रोत भी हैं। ध्रुवीकरण का मैदान जेट एक्सिस/स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र द्वारा शासित होता है। इनके अलावा, एक्रीटिंग, दृढ़ता से ध्रुवीकृत न्यूट्रॉन स्टार, मैग्नेटर में अल्ट्रा-मजबूत चुंबकीय क्षेत्र, रोटेशन संचालित पल्सर भी दृढ़ता से ध्रुवीकृत एक्स-रे का उत्पादन कर सकते हैं।

उपसंहार

खगोल विज्ञान के क्षेत्र में, जटिल भौतिक प्रक्रियाओं के कारण विविध स्रोतों से उत्सर्जन तंत्र को समझना चुनौतीपूर्ण है। जबकि मौजूदा अंतरिक्ष-आधारित वेधशालाएं मूल्यवान स्पेक्ट्रोस्कोपिक और समय डेटा प्रदान करती हैं, इन स्रोतों से उत्सर्जन की सटीक प्रकृति को परिभाषित करना खगोलशास्त्रियों के लिए एक गहरी चुनौती बनी हुई है। भारत के एक्सपोसैट मिशन द्वारा ध्रुवीकरण की डिग्री और कोण को कैप्चर करते हुए ध्रुवीकरण मापन की शुरूआत हमारी समझ में दो महत्वपूर्ण आयाम जोड़ देगी। एक्सपोसैट उज्ज्वल ब्रह्मांडीय स्रोतों से एक्स-रे ध्रुवीकरण का अध्ययन करने के लिए एक अंतरिक्ष-आधारित अवलोकन मंच के रूप में काम करेगा, जिससे जटिल उत्सर्जन प्रक्रियाओं को समझने की हमारी क्षमता बढ़ जाएगी। ध्रुवणमापी प्रेक्षणों और स्पेक्ट्रोस्कोपिक मापों के संयोजन से खगोलीय उत्सर्जन प्रक्रियाओं के विभिन्न सैद्धांतिक मॉडल में निहित गिरावट को तोड़ने की उम्मीद है। अनुसंधान का यह मार्ग एक्सपोसैट से डेटा का उपयोग करने वाले भारतीय वैज्ञानिक समुदाय के लिए एक प्राथमिक ध्यान केंद्रित होने की उम्मीद है। इसरो मिशन डेटा का उपयोग करने के लिए देश के एक्स-रे खगोलविदों के ज्ञान को समन्वित करने के साथ-साथ अंतरिक्ष आधारित एक्स-रे ध्रुवीकरण पर अपने वैज्ञानिक करियर के निर्माण के लिए छात्र समुदाय को शामिल करने के लिए सभी प्रयास करता है।

एक्सपोसैट से वैश्विक स्तर पर खगोल विज्ञान समुदाय को पर्याप्त लाभ मिलने की उम्मीद है। समय और स्पेक्ट्रोस्कोपी आधारित प्रेक्षणों की अपनी क्षमता के अलावा, एक्स-किरण ध्रुवीकरण माप से प्राप्त अंतर्दृष्टि, विशेष रूप से ब्लैक होल्स, न्यूट्रॉन सितारों और सक्रिय आकाशगांगेय नाभिक जैसी आकाशीय वस्तुओं पर, उनकी भौतिकी की हमारी समझ में काफी सुधार करने की क्षमता रखते हैं। पिछले कुछ वर्षों में कई मंचों पर एक्सपोसैट मिशन पर व्यापक चर्चा ने समुदाय के भीतर उत्साह को रेखांकित किया है, एक्सपोसैट डेटा का विश्लेषण करने और इन वैज्ञानिक गतिविधियों में छात्र समुदाय को शामिल करने के लिए एक सामूहिक उत्साह प्रदर्शित किया है। इसके अतिरिक्त, मिशन भारत में एक्स-रे ध्रुवीकरण में विशेषज्ञता के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए तैयार है, भविष्य में प्रगति के लिए एक नींव प्रदान करता है और खगोल विज्ञान समुदाय के भीतर एक सहयोगी नेटवर्क को बढ़ावा देता है।