Magnetars: Extreme Magnetic Fields

میگنیٹارس: انتہائی مقناطیسی میدان

ایک نایاب نیوٹران اسٹار کی قسم جس میں انتہائی مضبوط مقناطیسی میدان ہوتے ہیں، جو شدید ستاروں کے زلزلے پیدا کرتے ہیں

نیوٹران ستارے، جو پہلے ہی بلیک ہولز کے بعد سب سے زیادہ کثیف معلوم ستارے کے باقیات ہیں، عام ستاروں کے مقابلے میں اربوں گنا زیادہ مضبوط مقناطیسی فیلڈز رکھ سکتے ہیں۔ ان میں سے، ایک نایاب قسم جسے میگنیٹارز کہا جاتا ہے، کائنات میں اب تک مشاہدہ کیے گئے سب سے شدید مقناطیسی فیلڈز دکھاتی ہے، جو 1015 گاؤس یا اس سے زیادہ ہو سکتے ہیں۔ یہ انتہائی مضبوط فیلڈز عجیب و غریب، پرتشدد مظاہر پیدا کر سکتے ہیں—ستارہ زلزلے، زبردست دھماکے، اور گاما رے دھماکے جو مختصر مدت کے لیے پوری کہکشاؤں کو ماند کر دیتے ہیں۔ اس مضمون میں، ہم میگنیٹارز کے پیچھے کی طبیعیات، ان کے مشاہداتی نشانات، اور وہ انتہائی عمل جو ان کے دھماکوں اور سطحی سرگرمی کو تشکیل دیتے ہیں، کا جائزہ لیتے ہیں۔

1. میگنیٹارز کی نوعیت اور تشکیل

1.1 نیوٹران ستاروں کے طور پر پیدائش

ایک میگنیٹارنیوٹران ستارہ ہے جو ایک کور-کلاسپ سپرنووا میں بنتا ہے جب ایک بڑے ستارے کا آئرن کور سکڑ جاتا ہے۔ سکڑاؤ کے دوران، ستارے کے کور کے زاویائی مومینٹم اور مقناطیسی بہاؤ کا ایک حصہ غیر معمولی سطحوں تک دبایا جا سکتا ہے۔ جہاں عام نیوٹران ستارے تقریباً 109–1012 گاؤس کے فیلڈز دکھاتے ہیں، میگنیٹارز اسے 1014–1015 گاؤس تک لے جاتے ہیں، ممکنہ طور پر اس سے بھی زیادہ [1], [2]۔

1.2 ڈائنامو مفروضہ

میگنیٹارز میں انتہائی بلند فیلڈز ممکنہ طور پر پروٹو-نیوٹران ستارے کے مرحلے میں ڈائنامو میکانزم کی وجہ سے ہو سکتے ہیں:

  1. تیز گردش: اگر نیا پیدا ہونے والا نیوٹران ستارہ ابتدائی طور پر ملی سیکنڈ کی مدت سے گھوم رہا ہو، تو کنوکشن اور مختلف گردش مقناطیسی فیلڈ کو زبردست طاقتوں تک بڑھا سکتے ہیں۔
  2. مختصر مدت کا ڈائنامو: یہ کنویکٹو ڈائنامو زوال کے بعد چند سیکنڈ سے منٹوں تک کام کر سکتا ہے، جو میگنیٹار سطح کے فیلڈز کے لیے بنیاد فراہم کرتا ہے۔
  3. مقناطیسی بریکنگ: ہزاروں سالوں میں، مضبوط فیلڈز ستارے کی گردش کو تیزی سے سست کر دیتے ہیں، جس سے روایتی ریڈیو پلسارز کے مقابلے میں گردش کی مدت کم ہو جاتی ہے [3]۔

ہر نیوٹران ستارہ میگنیٹار نہیں بنتا—صرف وہی جن کی ابتدائی گردش اور مرکز کی حالتیں درست ہوں، فیلڈز کو اتنا زیادہ بڑھا سکتے ہیں۔

1.3 عمر اور نایابی

میگنیٹارز اپنی ہائپر-مقناطیسی حالت میں تقریباً 104–105 سال تک رہتے ہیں۔ جیسے جیسے ستارہ بوڑھا ہوتا ہے، مقناطیسی فیلڈ کا زوال اندرونی حرارت اور دھماکوں کو پیدا کر سکتا ہے۔ مشاہدات سے پتہ چلتا ہے کہ میگنیٹارز نسبتاً نایاب ہیں، صرف چند درجن تصدیق شدہ یا ممکنہ اشیاء ملکی وے اور قریبی کہکشاؤں میں موجود ہیں [4]۔

2. مقناطیسی فیلڈ کی طاقت اور اثرات

2.1 مقناطیسی فیلڈ کے پیمانے

میگنیٹار فیلڈز 1014 گاؤس سے زیادہ ہوتے ہیں، جبکہ عام نیوٹران ستاروں کے فیلڈز 109–1012 گاؤس کے ہوتے ہیں۔ موازنہ کے طور پر، زمین کی سطح کا فیلڈ تقریباً 0.5 گاؤس ہے، اور لیبارٹری کے مقناطیس شاذ و نادر ہی چند ہزار گاؤس سے تجاوز کرتے ہیں۔ اس طرح، میگنیٹارز کائنات میں سب سے مضبوط مستقل فیلڈز کا ریکارڈ رکھتے ہیں۔

2.2 کوانٹم الیکٹروڈائنامکس اور فوٹون سپلٹنگ

میدان کی طاقت ≳1013 گاؤس پر، quantum electrodynamic (QED) اثرات (مثلاً vacuum birefringence، photon splitting) اہم ہو جاتے ہیں۔ photon splitting اور پولرائزیشن کی تبدیلیاں میگنیٹار کے magnetosphere سے تابکاری کے فرار کے طریقے کو بدل سکتی ہیں، خاص طور پر ایکس رے اور گاما رے بینڈز میں spectral خصوصیات میں پیچیدگی کا اضافہ کرتی ہیں [5]۔

2.3 دباؤ اور starquakes

شدید داخلی اور کرسٹل مقناطیسی میدان نیوٹران ستارے کے کرسٹل کو توڑنے کی حد تک دباؤ دے سکتے ہیں۔ starquakes—کرسٹل کی اچانک دراڑیں—مقناطیسی میدانوں کو دوبارہ ترتیب دے سکتی ہیں، جو flares یا اعلی توانائی والے فوٹونز کے پھٹنے پیدا کرتی ہیں۔ تناؤ کی اچانک رہائی ستارے کو تھوڑا سا تیز یا سست گھمانے کا باعث بھی بن سکتی ہے، جس سے گردش کے دورانیے میں قابل شناخت glitches رہ جاتے ہیں۔

3. میگنیٹارس کے مشاہداتی آثار

3.1 soft gamma repeaters (SGRs)

جب “magnetar” کا لفظ ایجاد نہیں ہوا تھا، کچھ soft gamma repeaters (SGRs) گاما رے یا ہارڈ ایکس رے کے وقفے وقفے سے پھٹنے کے لیے جانے جاتے تھے، جو بے قاعدہ وقفوں پر دوبارہ ہوتے تھے۔ ان کے پھٹنے عام طور پر سیکنڈ کے چند حصوں سے چند سیکنڈ تک رہتے ہیں، اور درمیانی چوٹی کی روشنی رکھتے ہیں۔ ہم اب SGRs کو خاموشی میں میگنیٹارس کے طور پر شناخت کرتے ہیں، جو کبھی کبھار ستارے کے زلزلے یا میدان کی دوبارہ ترتیب سے متاثر ہوتے ہیں [6]۔

3.2 anomalous X-ray pulsars (AXPs)

ایک اور قسم، anomalous X-ray pulsars (AXPs)، نیوٹران ستارے ہیں جن کے گردش کے دورانیے چند سیکنڈ کے ہوتے ہیں لیکن ایکس رے کی روشنی اتنی زیادہ ہوتی ہے کہ اسے صرف گردش کی کمی سے نہیں سمجھایا جا سکتا۔ اضافی توانائی ممکنہ طور پر magnetic field decay سے آتی ہے، جو ایکس رے کی پیداوار کو طاقت دیتی ہے۔ بہت سے AXPs میں SGR کے واقعات کی یاد دلاتے ہوئے بوسٹ بھی دکھائی دیتے ہیں، جو مشترکہ میگنیٹار نوعیت کی تصدیق کرتے ہیں۔

3.3 giant flares

میگنیٹارس کبھی کبھار giant flares خارج کرتے ہیں—انتہائی توانائی والے واقعات جن کی چوٹی کی روشنی عارضی طور پر 1046 ergs s-1 سے تجاوز کر سکتی ہے۔ مثالوں میں 1998 کا giant flare SGR 1900+14 سے اور 2004 کا flare SGR 1806–20 سے شامل ہیں، جس نے زمین کے آئنوسفیئر کو 50,000 نوری سال دور سے متاثر کیا۔ ایسے flares اکثر ایک روشن ابتدائی چمک کے ساتھ ہوتے ہیں جس کے بعد ستارے کی گردش سے منظم ایک دھڑک دار دم ہوتا ہے۔

3.4 گردش اور glitches

پلسارز کی طرح، میگنیٹارس اپنے گردش کی رفتار کی بنیاد پر دورانیہ وار دھڑکنیں دکھا سکتے ہیں، لیکن اوسط مدت زیادہ سست ہوتی ہے (~2–12 سیکنڈ)۔ مقناطیسی میدان کی کمزوری ٹارک لگاتی ہے، جس سے تیز رفتار گھومنا کم ہوتا ہے—معیاری پلسارز سے تیز۔ کبھی کبھار “glitches” (گردش کی رفتار میں اچانک تبدیلیاں) کرسٹل کی دراڑوں کے بعد ہو سکتی ہیں۔ ان گردش کی تبدیلیوں کا مشاہدہ اندرونی مومینٹم کے تبادلے کو ناپنے میں مدد دیتا ہے جو کرسٹل اور سپر فلوئڈ کور کے درمیان ہوتا ہے۔

4. مقناطیسی میدان کی کمزوری اور سرگرمی کے طریقہ کار

4.1 میدان کی کمزوری سے حرارت

مقناطیسی میدانوں میں انتہائی طاقتور میدان آہستہ آہستہ کمزور ہوتے ہیں، توانائی کو حرارت کی صورت میں خارج کرتے ہیں۔ یہ داخلی حرارت سطحی درجہ حرارت کو لاکھوں سے کروڑوں کیلون تک برقرار رکھ سکتی ہے، جو کہ اسی عمر کے عام نیوٹران ستاروں کی نسبت بہت زیادہ ہے۔ ایسی حرارت مسلسل ایکس رے اخراج کو فروغ دیتی ہے۔

4.2 کرسٹل ہال ڈرفٹ اور ایمبی پولر ڈیفیوزن

کرسٹ اور کور میں غیر خطی عمل—ہال ڈرفٹ (الیکٹران فلوئڈ بمقابلہ مقناطیسی میدان کے تعاملات) اور ایمبی پولر ڈیفیوزن (چارج شدہ ذرات میدان کے جواب میں بہتے ہیں)—میدانوں کو 103–106 سال کے عرصے میں دوبارہ ترتیب دے سکتے ہیں، برسٹس اور خاموش روشنی کو توانائی فراہم کرتے ہیں [7]۔

4.3 سٹار کویکس اور مقناطیسی ریکنکشن

میدان کی ترقی سے پیدا ہونے والے دباؤ کرسٹ کو توڑ سکتے ہیں، اچانک توانائی خارج کرتے ہیں جو ٹیکٹونک زلزلوں کی طرح ہے—سٹار کویکس۔ یہ میگنیٹوسفیرک میدانوں کو دوبارہ ترتیب دے سکتا ہے، ریکنکشن ایونٹس یا بڑے پیمانے پر فلیئرز پیدا کر سکتا ہے۔ ماڈلز شمسی فلیئرز سے مماثلت رکھتے ہیں لیکن کئی گنا بڑے پیمانے پر۔ فلیئر کے بعد آرام کرنے سے سپن کی رفتار میں تبدیلی یا میگنیٹوسفیرک اخراج کے نمونوں میں تبدیلی آ سکتی ہے۔

5. میگنیٹار کی ترقی اور آخری مراحل

5.1 طویل مدتی مدھم ہونا

10 سے زیادہ5–106 سال، میگنیٹارز ممکنہ طور پر زیادہ روایتی نیوٹران ستاروں میں تبدیل ہو جاتے ہیں جب میدان ~10 سے نیچے کمزور ہو جاتے ہیں12 G. ستارے کے فعال ادوار (برسٹس، دیو فلیئرز) کم ہوتے جاتے ہیں۔ آخرکار، یہ ٹھنڈا ہو جاتا ہے اور ایکس رے میں کم روشن ہو جاتا ہے، ایک پرانے “مردہ” پلسر کی طرح جس کا بقایا مقناطیسی میدان معمولی ہو۔

5.2 بائنری تعاملات؟

بائنری میں میگنیٹارز شاذ و نادر ہی دیکھے جاتے ہیں، لیکن کچھ موجود ہو سکتے ہیں۔ اگر میگنیٹار کا قریبی ستارے کا ساتھی ہو، تو ماس ٹرانسفر اضافی آؤٹ برسٹ پیدا کر سکتا ہے یا سپن کی ترقی کو بدل سکتا ہے۔ تاہم، مشاہداتی تعصبات یا میگنیٹارز کی مختصر عمر یہ وضاحت کر سکتی ہے کہ ہم بہت کم یا کوئی میگنیٹار بائنری کیوں دیکھتے ہیں۔

5.3 ممکنہ مرجرز

اصولی طور پر، ایک میگنیٹار آخرکار کسی دوسرے نیوٹران اسٹار یا بائنری نظام میں بلیک ہول کے ساتھ ضم ہو سکتا ہے، جو کششی موجیں پیدا کرے گا اور ممکنہ طور پر ایک مختصر گاما رے برسٹ۔ ایسے واقعات توانائی کے پیمانے کے لحاظ سے عام میگنیٹار فلیئرز کو پیچھے چھوڑ سکتے ہیں۔ مشاہداتی طور پر، یہ نظریاتی امکانات ہیں، لیکن مضبوط میدانوں والے ضم ہونے والے نیوٹران ستارے تباہ کن کائناتی تجربہ گاہیں ہو سکتے ہیں۔

6. فلکیات کے لیے مضمرات

6.1 گاما رے برسٹس

کچھ مختصر یا طویل گاما رے برسٹس میگنیٹارز سے چلائے جا سکتے ہیں جو کور-کولپس یا مرجر ایونٹس میں بنے ہوں۔ تیزی سے گھومنے والے “ملی سیکنڈ میگنیٹارز” زبردست گردش توانائی خارج کر سکتے ہیں، جو GRB جیٹ کی تشکیل یا طاقت فراہم کرتے ہیں۔ کچھ GRBs میں آفٹرگلو پلیٹوز کی مشاہدات ایک نئے پیدا شدہ میگنیٹار سے اضافی توانائی کی فراہمی کے مطابق ہیں۔

6.2 الٹرا-لومینس ایکس رے ذرائع؟

ہائی-بی میدان مضبوط آؤٹ فلو یا بیمنگ کو چلا سکتے ہیں، ممکنہ طور پر کچھ الٹرا-لومینس ایکس رے ذرائع (ULXs) کی وضاحت کرتے ہیں اگر ایکریشن نیوٹران اسٹار پر میگنیٹار جیسے میدانوں کے ساتھ ہو۔ ایسے نظام عام نیوٹران ستاروں کے لیے ایڈنگٹن روشنی سے تجاوز کر سکتے ہیں، خاص طور پر اگر جیومیٹری یا بیمنگ کا عمل ہو [8]۔

6.3 کثیف مادہ اور QED کی جانچ

میگنیٹار کی سطح کے قریب انتہائی حالات ہمیں QED in strong fields کی جانچ کرنے دیتے ہیں۔ پولرائزیشن یا اسپیکٹرم لائنز کے مشاہدات ویکیوم بائیریفریجنس یا فوٹون سپلٹنگ ظاہر کر سکتے ہیں، ایسے مظاہر جو زمین پر آزمانا ممکن نہیں۔ یہ انتہائی کثیف حالات میں نیوکلیئر طبیعیات اور کوانٹم فیلڈ تھیوریز کو بہتر بنانے میں مدد دیتا ہے۔

7. مشاہداتی مہمات اور مستقبل کی تحقیق

  1. Swift and NICER: ایکس رے اور گاما رے بینڈز میں میگنیٹار دھماکوں کی نگرانی۔
  2. NuSTAR: دھماکوں یا دیو ہیکل فلیئرز سے ہارڈ ایکس ریز کے لیے حساس، میگنیٹار اسپیکٹرا کی اعلی توانائی کی دم کو قید کرتا ہے۔
  3. Radio Searches: کچھ میگنیٹارس کبھی کبھار ریڈیو پلسیشنز ظاہر کرتے ہیں، جو میگنیٹار اور عام پلسار آبادیوں کے درمیان پل کا کام کرتے ہیں۔
  4. Optical/IR: نایاب آپٹیکل یا IR ہم منصب کمزور ہوتے ہیں، لیکن دھماکوں کے بعد جیٹس یا گرد کی دوبارہ تابکاری ظاہر کر سکتے ہیں۔

آنے والے یا منصوبہ بند دوربینیں—جیسے European ATHENA X-ray آبزرویٹری—گہرے بصیرتیں فراہم کرنے کا وعدہ کرتی ہیں، کمزور میگنیٹارس کا مطالعہ کرتی ہیں یا دیو ہیکل فلیئرز کے آغاز کو حقیقی وقت میں قید کرتی ہیں۔

8. نتیجہ

Magnetars نیوٹران ستارے کی طبیعیات کے انتہائی حدود پر کھڑے ہیں۔ ان کے incredible magnetic fields—1015 G تک—شدید دھماکوں، ستارے کے زلزلوں، اور ناقابل روک گاما رے فلیئرز کو چلاتے ہیں۔ بڑے ستاروں کے گرنے والے مرکزوں سے خاص حالات (تیز گردش، سازگار ڈائنامو عمل) کے تحت بننے والے، میگنیٹارس مختصر عمر کے کائناتی مظاہر رہتے ہیں، جو تقریباً 104–105 سال تک روشن رہتے ہیں اس سے پہلے کہ میدان کا زوال ان کی سرگرمی کو کم کر دے۔

مشاہداتی طور پر، soft gamma repeaters اور anomalous X-ray pulsars مختلف حالتوں میں میگنیٹارس کی نمائندگی کرتے ہیں، جو کبھی کبھار شاندار دیو ہیکل فلیئرز چھوڑتے ہیں جنہیں زمین بھی محسوس کر سکتی ہے۔ ان اجسام کا مطالعہ ہمیں شدید میدانوں میں quantum electrodynamics، نیوکلیئر کثافتوں پر مادے کی ساخت، اور وہ عمل جو نیوٹرینو، کشش ثقل کی لہروں، اور برقی مقناطیسی دھماکوں کا باعث بنتے ہیں، کے بارے میں روشنی دیتا ہے۔ جیسے جیسے ہم میدان کے زوال کے ماڈلز کو بہتر بناتے ہیں اور میگنیٹار کے دھماکوں کی نگرانی زیادہ پیچیدہ کثیر طول موج آلات کے ساتھ کرتے ہیں، میگنیٹارس فلکیات کے کچھ انتہائی عجیب گوشوں کو روشن کرتے رہیں گے—جہاں مادہ، میدان، اور بنیادی قوتیں حیرت انگیز حدوں پر ملتی ہیں۔

حوالہ جات اور مزید مطالعہ

  1. Duncan, R. C., & Thompson, C. (1992). “بہت زیادہ مقناطیسی نیوٹران ستاروں کی تشکیل: گاما رے برسٹس کے لیے مضمرات۔” The Astrophysical Journal Letters, 392, L9–L13.
  2. Thompson, C., & Duncan, R. C. (1995). “نرمی گاما ریپیٹرز کو بہت زیادہ مقناطیسی نیوٹران ستارے کے طور پر – I۔ دھماکوں کے لیے تابکاری کا طریقہ کار۔” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 275, 255–300.
  3. Kouveliotou, C., et al. (1998). “An X-ray pulsar with a superstrong magnetic field in the soft gamma-ray repeater SGR 1806-20.” Nature, 393, 235–237.
  4. Mereghetti, S. (2008). “The strongest cosmic magnets: Soft Gamma-ray Repeaters and Anomalous X-ray Pulsars.” Astronomy & Astrophysics Review, 15, 225–287.
  5. Harding, A. K., & Lai, D. (2006). “Physics of strongly magnetized neutron stars.” Reports on Progress in Physics, 69, 2631–2708.
  6. Kaspi, V. M., & Beloborodov, A. M. (2017). “Magnetars.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 55, 261–301.
  7. Pons, J. A., et al. (2009). “Magnetic field evolution in neutron star crusts.” Physical Review Letters, 102, 191102.
  8. Bachetti, M., et al. (2014). “An ultraluminous X-ray source powered by an accreting neutron star.” Nature, 514, 202–204.
  9. Woods, P. M., & Thompson, C. (2006). “Soft gamma repeaters and anomalous X-ray pulsars: Magnetar candidates.” Compact Stellar X-ray Sources, Cambridge University Press, 547–586.

 

← پچھلا مضمون                    اگلا مضمون →

 

 

اوپر واپس جائیں

بلاگ پر واپس