मैग्नेटार्स: अत्यधिक चुंबकीय क्षेत्र

Linas Juozenas

एक दुर्लभ न्यूट्रॉन तारे का प्रकार जिसमें अल्ट्रा-मजबूत चुंबकीय क्षेत्र होते हैं, जो हिंसक स्टारक्वेक्स का कारण बनते हैं

न्यूट्रॉन सितारे, जो पहले से ही काले छिद्रों के बाद सबसे घने ज्ञात तारकीय अवशेष हैं, सामान्य तारों की तुलना में अरबों गुना मजबूत चुंबकीय क्षेत्र रख सकते हैं। इनमें से, एक दुर्लभ वर्ग जिसे मैग्नेटर कहा जाता है, ब्रह्मांड में अब तक देखे गए सबसे तीव्र चुंबकीय क्षेत्र प्रदर्शित करता है, जो 10¹⁵ गॉस या उससे अधिक तक हो सकते हैं। ये अल्ट्रा-मजबूत क्षेत्र अजीब, हिंसक घटनाएं उत्पन्न कर सकते हैं—स्टारक्वेक, विशाल फ्लेयर्स, और गामा-रे विस्फोट जो संक्षिप्त अंतराल के लिए पूरी आकाशगंगाओं को मात देते हैं। इस लेख में, हम मैग्नेटरों के पीछे की भौतिकी, उनके प्रेक्षणीय संकेत, और उन चरम प्रक्रियाओं का अन्वेषण करते हैं जो उनके विस्फोटों और सतही गतिविधि को आकार देती हैं।

1. मैग्नेटरों का स्वभाव और निर्माण

1.1 न्यूट्रॉन सितारों के रूप में जन्म

एक मैग्नेटरन्यूट्रॉन तारा होता है जो एक कोर-कोलैप्स सुपरनोवा में बनता है जब एक विशाल तारे का लोहा कोर ध्वस्त होता है। पतन के दौरान, तारकीय कोर के कोणीय संवेग और चुंबकीय फ्लक्स का एक अंश असाधारण स्तरों तक संकुचित हो सकता है। जबकि सामान्य न्यूट्रॉन सितारों में क्षेत्र लगभग 10⁹–10¹² गॉस होते हैं, मैग्नेटर इसे 10¹⁴–10¹⁵ गॉस तक बढ़ा देते हैं, संभवतः इससे भी अधिक [1], [2]।

1.2 डायनामो परिकल्पना

मैग्नेटरों में अत्यंत उच्च क्षेत्र संभवतः प्रोटो-न्यूट्रॉन तारा चरण में एक डायनामो तंत्र से उत्पन्न होते हैं:

तेज घुमाव: यदि नवजात न्यूट्रॉन तारा प्रारंभ में मिलीसेकंड अवधि के साथ घूम रहा है, तो संवहन और भिन्न घुमाव चुंबकीय क्षेत्र को अत्यधिक ताकत तक बढ़ा सकते हैं।
अल्पकालिक डायनामो: यह संवहन डायनामो पतन के बाद कुछ सेकंड से मिनटों तक काम कर सकता है, जो मैग्नेटर-स्तरीय क्षेत्रों के लिए मंच तैयार करता है।
चुंबकीय ब्रेकिंग: हजारों वर्षों में, मजबूत क्षेत्र तारे के घुमाव को तेजी से धीमा कर देते हैं, जिससे सामान्य रेडियो पल्सरों की तुलना में धीमी घुमाव अवधि रह जाती है [3]।

सभी न्यूट्रॉन सितारे मैग्नेटर नहीं बनते—केवल वे जिनकी प्रारंभिक घुमाव और कोर की स्थितियां सही होती हैं, वे क्षेत्रों को इतनी अधिक बढ़ा सकते हैं।

1.3 जीवनकाल और दुर्लभता

मैग्नेटर अपनी अत्यधिक चुंबकीय स्थिति में लगभग ~10⁴–10⁵ वर्षों तक बने रहते हैं। जैसे-जैसे तारा बूढ़ा होता है, चुंबकीय क्षेत्र का क्षय आंतरिक ताप और विस्फोट पैदा कर सकता है। अवलोकन सुझाव देते हैं कि मैग्नेटर अपेक्षाकृत दुर्लभ हैं, मिल्की वे और निकटवर्ती आकाशगंगाओं में केवल कुछ दर्जन पुष्टि या उम्मीदवार वस्तुएं हैं [4]।

2. चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और प्रभाव

2.1 चुंबकीय क्षेत्र के पैमाने

मैग्नेटर क्षेत्र 10¹⁴ गॉस से अधिक होते हैं, जबकि सामान्य न्यूट्रॉन सितारों के क्षेत्र 10⁹–10¹² गॉस होते हैं। तुलना के लिए, पृथ्वी की सतह का क्षेत्र लगभग 0.5 गॉस है, और प्रयोगशाला के चुंबक शायद ही कुछ हजार गॉस से अधिक होते हैं। इस प्रकार, मैग्नेटर ब्रह्मांड में सबसे मजबूत स्थायी क्षेत्रों का रिकॉर्ड रखते हैं।

2.2 क्वांटम इलेक्ट्रोडायनेमिक्स और फोटॉन विभाजन

10¹³ गॉस से अधिक क्षेत्र ताकतों पर, क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक (QED) प्रभाव (जैसे, वैक्यूम बाइरिफ्रिंजेंस, फोटॉन विभाजन) महत्वपूर्ण हो जाते हैं। फोटॉन विभाजन और ध्रुवीकरण परिवर्तन मैग्नेटार के मैग्नेटोस्फीयर से विकिरण के निकलने के तरीके को बदल सकते हैं, जिससे विशेष रूप से एक्स-रे और गामा-रे बैंड में स्पेक्ट्रल विशेषताएं जटिल हो जाती हैं [5]।

2.3 तनाव और स्टारक्वेक्स

तीव्र आंतरिक और क्रस्टल चुंबकीय क्षेत्र न्यूट्रॉन स्टार के क्रस्ट को टूटने की सीमा तक तनाव दे सकते हैं। स्टारक्वेक्स—क्रस्ट के अचानक टूटने—चुंबकीय क्षेत्रों को पुन: व्यवस्थित कर सकते हैं, जिससे फ्लेयर्स या उच्च-ऊर्जा फोटॉनों के बर्स्ट उत्पन्न होते हैं। तनाव का अचानक मुक्त होना सितारे को थोड़ा स्पिन अप या स्पिन डाउन भी कर सकता है, जिससे इसके घूर्णन अवधि में पता चलने वाले ग्लिचेस होते हैं।

3. मैग्नेटार्स के प्रेक्षणीय संकेत

3.1 सॉफ्ट गामा रिपीटर्स (SGRs)

“मैग्नेटार” शब्द बनने से पहले, कुछ सॉफ्ट गामा रिपीटर्स (SGRs) गामा-रे या हार्ड एक्स-रे उत्सर्जन के अनियमित अंतराल पर होने वाले बर्स्ट के लिए जाने जाते थे। उनके बर्स्ट आमतौर पर कुछ सेकंड के अंश से लेकर कुछ सेकंड तक रहते हैं, जिनकी चरम चमक मध्यम होती है। अब हम SGRs को मैग्नेटार्स के रूप में पहचानते हैं जो कभी-कभी स्टारक्वेक या क्षेत्र पुन: विन्यास से बाधित होते हैं [6]।

3.2 असामान्य एक्स-रे पल्सर (AXPs)

एक अन्य वर्ग, असामान्य एक्स-रे पल्सर (AXPs), ऐसे न्यूट्रॉन सितारे हैं जिनकी स्पिन अवधि कुछ सेकंड की होती है लेकिन एक्स-रे चमक इतनी अधिक होती है कि इसे केवल घूर्णन स्पिन-डाउन से समझाया नहीं जा सकता। अतिरिक्त ऊर्जा संभवतः चुंबकीय क्षेत्र क्षय से आती है, जो एक्स-रे आउटपुट को शक्ति प्रदान करती है। कई AXPs में SGR एपिसोड्स की याद दिलाने वाले बर्स्ट भी दिखते हैं, जो साझा मैग्नेटार प्रकृति की पुष्टि करते हैं।

3.3 विशाल फ्लेयर्स

मैग्नेटार्स कभी-कभी विशाल फ्लेयर्स उत्सर्जित करते हैं—अत्यंत ऊर्जावान घटनाएं जिनकी चरम चमक क्षणिक रूप से 10⁴⁶ ergs s^-1 से अधिक हो सकती है। उदाहरणों में 1998 का SGR 1900+14 से विशाल फ्लेयर और 2004 का SGR 1806–20 से फ्लेयर शामिल हैं, जिसने पृथ्वी के आयनोस्फीयर को 50,000 प्रकाश वर्ष दूर से प्रभावित किया। ऐसे फ्लेयर्स अक्सर एक चमकीले प्रारंभिक स्पाइक के साथ होते हैं, जिसके बाद सितारे के स्पिन द्वारा नियंत्रित एक पल्सेटिंग टेल होता है।

3.4 स्पिन और ग्लिचेस

पल्सरों की तरह, मैग्नेटार्स अपने घूर्णन दर के आधार पर आवधिक पल्स दिखा सकते हैं, लेकिन औसत अवधि धीमी होती है (~2–12 सेकंड)। चुंबकीय क्षेत्र क्षय टॉर्क लगाता है, जिससे तेज़ स्पिन-डाउन होता है—मानक पल्सरों की तुलना में तेज़। कभी-कभी “ग्लिचेस” (स्पिन दर में अचानक बदलाव) क्रस्टल क्रैक्स के बाद हो सकते हैं। इन स्पिन परिवर्तनों का अवलोकन क्रस्ट और सुपरफ्लूइड कोर के बीच आंतरिक संवेग विनिमय को मापने में मदद करता है।

4. चुंबकीय क्षेत्र क्षय और गतिविधि तंत्र

4.1 क्षेत्र क्षय ताप

मैग्नेटार्स में अत्यंत मजबूत क्षेत्र धीरे-धीरे कमज़ोर होते हैं, ऊर्जा को गर्मी के रूप में छोड़ते हैं। यह आंतरिक ताप सतह के तापमान को सैकड़ों हजारों से लेकर लाखों केल्विन तक बनाए रख सकता है, जो समान आयु के सामान्य ठंडे न्यूट्रॉन सितारों की तुलना में बहुत अधिक है। ऐसी गर्मी निरंतर एक्स-रे उत्सर्जन को बढ़ावा देती है।

4.2 क्रस्टल हॉल ड्रिफ्ट और एम्बिपोलर विसरण

क्रस्ट और कोर में गैर-रेखीय प्रक्रियाएं—हॉल ड्रिफ्ट (इलेक्ट्रॉन तरल बनाम चुंबकीय क्षेत्र अंतःक्रियाएं) और एम्बिपोलर विसरण (क्षेत्र के जवाब में आवेशित कणों का बहाव)—10³–10⁶ वर्षों के समय में क्षेत्रों को पुन: व्यवस्थित कर सकती हैं, विस्फोटों और शांत चमक को ऊर्जा प्रदान करती हैं [7]।

4.3 स्टारक्वेक्स और मैग्नेटिक पुन: संयोजन

क्षेत्र विकास से तनाव क्रस्ट को तोड़ सकते हैं, अचानक ऊर्जा छोड़ते हुए जो टेक्टोनिक भूकंपों के समान है—स्टारक्वेक्स। यह मैग्नेटोस्फेरिक क्षेत्रों को पुन: विन्यस्त कर सकता है, पुन: संयोजन घटनाएं या बड़े पैमाने पर फ्लेयर्स उत्पन्न कर सकता है। मॉडल सौर फ्लेयर्स के समानताएं दिखाते हैं लेकिन कई आदेशों से बड़े पैमाने पर। फ्लेयर के बाद आराम करने से घूर्णन दरों में बदलाव या मैग्नेटोस्फेरिक उत्सर्जन पैटर्न में परिवर्तन हो सकता है।

5. मैग्नेटर विकास और अंतिम चरण

5.1 दीर्घकालिक फीका पड़ना

10 से अधिक⁵–10⁶ सालों में, मैग्नेटर संभवतः अधिक पारंपरिक न्यूट्रॉन तारों में विकसित होते हैं क्योंकि क्षेत्र ~10 से नीचे कमजोर हो जाते हैं¹² G. तारे के सक्रिय एपिसोड (विस्फोट, विशाल फ्लेयर्स) कम हो जाते हैं। अंततः, यह ठंडा हो जाता है और एक्स-रे में कम चमकीला हो जाता है, एक पुराने “मृत” पल्सर जैसा दिखता है जिसमें मामूली अवशिष्ट चुंबकीय क्षेत्र होता है।

5.2 द्वैत अंतःक्रियाएं?

मैग्नेटर द्वैतों में दुर्लभ रूप से देखे जाते हैं, लेकिन कुछ हो सकते हैं। यदि एक मैग्नेटर का एक निकटवर्ती तारकीय साथी है, तो द्रव्यमान स्थानांतरण अतिरिक्त विस्फोट उत्पन्न कर सकता है या घूर्णन विकास को बदल सकता है। हालांकि, प्रेक्षणीय पक्षपात या मैग्नेटरों की छोटी आयु यह समझा सकते हैं कि हम कम या कोई मैग्नेटर द्वैत क्यों देखते हैं।

5.3 संभावित विलय

सिद्धांत रूप में, एक मैग्नेटर अंततः एक द्वैत प्रणाली में दूसरे न्यूट्रॉन तारे या ब्लैक होल के साथ विलय कर सकता है, गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न करते हुए और संभवतः एक छोटा गामा-रे विस्फोट। ऐसी घटनाएं ऊर्जा पैमाने के मामले में सामान्य मैग्नेटर फ्लेयर्स को पीछे छोड़ सकती हैं। प्रेक्षणीय रूप से, ये सैद्धांतिक संभावनाएं बनी हुई हैं, लेकिन मजबूत क्षेत्रों वाले विलयशील न्यूट्रॉन तारे विनाशकारी ब्रह्मांडीय प्रयोगशालाएं हो सकते हैं।

6. खगोल भौतिकी के लिए निहितार्थ

6.1 गामा-रे विस्फोट

कुछ छोटे या लंबे गामा-रे विस्फोट मैग्नेटरों द्वारा संचालित हो सकते हैं जो कोर-कोलैप्स या मर्जर घटनाओं में बनते हैं। तेजी से घूमने वाले “मिलिसेकंड मैग्नेटर” विशाल घूर्णन ऊर्जा छोड़ सकते हैं, जो GRB जेट को आकार देते हैं या संचालित करते हैं। कुछ GRB के आफ्टरग्लो प्लेटाउ का अवलोकन एक नवजात मैग्नेटर से अतिरिक्त ऊर्जा इंजेक्शन के अनुरूप है।

6.2 अल्ट्रा-ल्यूमिनस एक्स-रे स्रोत?

उच्च-B क्षेत्र मजबूत बहिर्वाह या बीमिंग चला सकते हैं, संभवतः कुछ अल्ट्रा-ल्यूमिनस एक्स-रे स्रोत (ULXs) की व्याख्या करते हुए यदि संलयन एक न्यूट्रॉन तारे पर मैग्नेटर-जैसे क्षेत्रों के साथ हो। ऐसे सिस्टम सामान्य न्यूट्रॉन तारों के लिए एडिंगटन चमक से ऊपर जा सकते हैं, खासकर यदि ज्यामिति या बीमिंग भूमिका में हो [8]।

6.3 घने पदार्थ और QED की जांच

मैग्नेटार की सतह के निकट चरम परिस्थितियाँ हमें QED in strong fields का परीक्षण करने देती हैं। ध्रुवीकरण या स्पेक्ट्रल लाइनों के अवलोकन से वैक्यूम बाइरिफ्रिंजेंस या फोटॉन विभाजन जैसे घटनाओं का पता चल सकता है, जो पृथ्वी पर परीक्षण योग्य नहीं हैं। यह परमाणु भौतिकी और क्वांटम क्षेत्र सिद्धांतों को अल्ट्रा-घने परिस्थितियों में परिष्कृत करने में मदद करता है।

7. प्रेक्षण अभियान और भविष्य का शोध

Swift and NICER: X-रे और गामा-रे बैंड में मैग्नेटार विस्फोटों की निगरानी।
NuSTAR: बर्स्ट या विशाल फ्लेयर्स से हार्ड X-रे के प्रति संवेदनशील, मैग्नेटार स्पेक्ट्रा की उच्च-ऊर्जा पूंछ को कैप्चर करता है।
Radio Searches: कुछ मैग्नेटार कभी-कभी रेडियो पल्सेशन दिखाते हैं, जो मैग्नेटार और सामान्य पल्सर आबादी के बीच पुल का काम करते हैं।
Optical/IR: दुर्लभ ऑप्टिकल या IR समकक्ष धुंधले होते हैं, लेकिन बर्स्ट के बाद जेट या धूल पुनः विकिरण को प्रकट कर सकते हैं।

आगामी या नियोजित दूरबीन—जैसे European ATHENA X-ray वेधशाला—गहरे अंतर्दृष्टि का वादा करती हैं, जो कमजोर मैग्नेटार का अध्ययन करेंगी या विशाल फ्लेयर की शुरुआत को वास्तविक समय में कैप्चर करेंगी।

8. निष्कर्ष

Magnetars न्यूट्रॉन स्टार भौतिकी के चरम पर खड़े हैं। उनके अविश्वसनीय चुंबकीय क्षेत्र—10¹⁵ G तक—हिंसक विस्फोट, स्टारक्वेक, और अजेय गामा-रे फ्लेयर्स को प्रेरित करते हैं। विशाल सितारों के ध्वस्त कोर से विशेष परिस्थितियों (तेजी से घुमाव, अनुकूल डायनामो क्रिया) के तहत बने, मैग्नेटार अल्पकालिक ब्रह्मांडीय घटनाएं हैं, जो लगभग 10⁴–10⁵ वर्षों तक चमकते हैं, फिर क्षेत्र क्षय उनकी गतिविधि को कम कर देता है।

प्रेक्षणीय रूप से, soft gamma repeaters और anomalous X-ray pulsars विभिन्न अवस्थाओं में मैग्नेटार का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो कभी-कभी भव्य विशाल फ्लेयर्स छोड़ते हैं जिन्हें पृथ्वी भी महसूस कर सकती है। इन वस्तुओं का अध्ययन हमें तीव्र क्षेत्रों में quantum electrodynamics, नाभिकीय घनत्व पर पदार्थ की संरचना, और न्यूट्रिनो, गुरुत्वाकर्षण तरंग, और विद्युतचुंबकीय विस्फोटों के कारणों के बारे में जानकारी देता है। जैसे-जैसे हम क्षेत्र क्षय के मॉडल को परिष्कृत करते हैं और अधिक परिष्कृत बहु-तरंगदैर्ध्य उपकरणों के साथ मैग्नेटार विस्फोटों की निगरानी करते हैं, मैग्नेटार खगोल भौतिकी के कुछ सबसे असाधारण पहलुओं को प्रकाशित करते रहेंगे—जहाँ पदार्थ, क्षेत्र, और मौलिक बल आश्चर्यजनक चरम सीमाओं में मिलते हैं।

संदर्भ और आगे पढ़ाई

Duncan, R. C., & Thompson, C. (1992). “बहुत मजबूत चुंबकीय न्यूट्रॉन सितारों का निर्माण: गामा-रे बर्स्ट के लिए निहितार्थ।” The Astrophysical Journal Letters, 392, L9–L13.
Thompson, C., & Duncan, R. C. (1995). “सॉफ्ट गामा रिपीटर्स को बहुत मजबूत चुंबकीय न्यूट्रॉन सितारों के रूप में – I. विस्फोटों के लिए विकिरण तंत्र।” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 275, 255–300.
Kouveliotou, C., et al. (1998). “सॉफ्ट गामा-रे रिपीटर SGR 1806-20 में एक सुपरमजबूत चुंबकीय क्षेत्र वाला एक्स-रे पल्सर।” Nature, 393, 235–237.
Mereghetti, S. (2008). “सबसे मजबूत ब्रह्मांडीय चुंबक: सॉफ्ट गामा-रे रिपीटर्स और अनोखे एक्स-रे पल्सर।” Astronomy & Astrophysics Review, 15, 225–287.
Harding, A. K., & Lai, D. (2006). “मजबूत चुंबकीय न्यूट्रॉन तारों का भौतिकी।” Reports on Progress in Physics, 69, 2631–2708.
Kaspi, V. M., & Beloborodov, A. M. (2017). “मैग्नेटार।” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 55, 261–301.
Pons, J. A., et al. (2009). “न्यूट्रॉन स्टार क्रस्ट में चुंबकीय क्षेत्र का विकास।” Physical Review Letters, 102, 191102.
Bachetti, M., et al. (2014). “एक अल्ट्रालुमिनस एक्स-रे स्रोत जो एक एकत्रित न्यूट्रॉन स्टार द्वारा संचालित है।” Nature, 514, 202–204.
Woods, P. M., & Thompson, C. (2006). “सॉफ्ट गामा रिपीटर्स और अनोखे एक्स-रे पल्सर: मैग्नेटार उम्मीदवार।” Compact Stellar X-ray Sources, Cambridge University Press, 547–586.

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