BPSC 69वीं CCE प्रारंभिक सामान्य अध्ययन · प्रश्न 9 / 144

सही — B, घूमते न्यूट्रॉन तारे। पल्सर तेज़ी से घूमता हुआ, प्रबल रूप से चुंबकित न्यूट्रॉन तारा है, और इस वर्णन का हर अंश काम का है। जब लगभग आठ से पच्चीस सौर द्रव्यमान वाला कोई तारा अपना नाभिकीय ईंधन चुका देता है, तो उसका लोहे का क्रोड सुपरनोवा में ढहता चला जाता है, जब तक न्यूट्रॉन अपकर्ष दाब उस गिरावट को रोक नहीं देता; जो बचता है वह लगभग 1.4 सौर द्रव्यमान का न्यूट्रॉन तारा है, जो क़रीब 20 किमी व्यास के गोले में सिमटा होता है और जिसका घनत्व 10^17 किग्रा प्रति घन मीटर की कोटि का होता है — पृथ्वी की सतह पर उसकी एक चम्मच का भार लगभग एक अरब टन बैठेगा। इसके बाद दो संरक्षण-नियम स्पंदन पैदा करते हैं। क्रोड के तारकीय त्रिज्या से घटकर दस किलोमीटर होने पर कोणीय संवेग संरक्षित रहता है, इसलिए जो घूर्णन दिनों में पूरा होता था वह सेकंडों या मिलीसेकंडों में पूरा होने लगता है; चुंबकीय फ़्लक्स भी संरक्षित रहता है, इसलिए सतह का क्षेत्र बढ़कर 10^8 से 10^12 गॉस की कोटि का हो जाता है। चूँकि चुंबकीय अक्ष सामान्यतः घूर्णन-अक्ष से झुका होता है, इसलिए चुंबकीय ध्रुवों के अनुदिश त्वरित आवेशित कण दो सँकरी किरण-पुंजों में विकिरण करते हैं जो तारे के साथ घूमती हैं, और जब भी कोई पुंज पृथ्वी को पार करता है, हम एक स्पंद दर्ज करते हैं। यही मानक 'प्रकाश-स्तंभ मॉडल' है, और यही समझाता है कि तारा स्वयं बिलकुल न बदलते हुए भी उत्सर्जन आवर्ती क्यों होता है। स्पंदों की शृंखला असाधारण रूप से नियमित होती है — ज्ञात आवर्तकाल सबसे तेज़ मिलीसेकंड पल्सरों के लगभग 1.4 मिलीसेकंड से लेकर कई सेकंड तक जाते हैं, और उनमें सबसे स्थिर पल्सर परमाणु घड़ी के समकक्ष परिशुद्धता से समय रखते हैं। पहला पल्सर नवंबर 1967 में कैंब्रिज की तत्कालीन शोध-छात्रा जोसलिन बेल बर्नेल ने एंटनी हेविश की Interplanetary Scintillation Array के चार्ट-रिकॉर्डर के निशानों में खोजा; उसके 1.337 सेकंड वाले संकेत को आधे-मज़ाक़ में LGM-1 नाम दिया गया — 'Little Green Men' के लिए — इससे पहले कि उसका प्राकृतिक उद्गम सिद्ध होता, और आज वह PSR B1919+21 के रूप में सूचीबद्ध है, जहाँ PSR का अर्थ है Pulsating Source of Radio। इसलिए पल्सर एक वस्तु है, सतह वाला वास्तविक तारा — कोई प्रकाश-प्रदर्शन, कोई विस्फोट या कोई किरण-पुंज नहीं।

• (a)तारों का एक समूह — यह किसी तारा-गुच्छ या नक्षत्र का वर्णन है, पल्सर का नहीं। कृत्तिका (प्लीएडीज़) जैसा विवृत गुच्छ कुछ सौ नवजात तारों को ढीले-ढाले बाँधे रखता है; ओमेगा सेंटौरी जैसा गोलाकार गुच्छ लाखों पुराने तारों को सघन गोले में समेटे रहता है। एक सच्चा संबंध ज़रूर जानने योग्य है — गोलाकार गुच्छ मिलीसेकंड पल्सरों के लिए सबसे समृद्ध शिकारगाह हैं, क्योंकि उनके भीड़-भरे क्रोड किसी न्यूट्रॉन तारे को साथी पकड़ने और अभिवृद्धि से घूर्णन तेज़ करा लेने देते हैं — पर गुच्छ समूह है और पल्सर उसके भीतर का एक अकेला तारा।
• (c)किसी तारे का विस्फोट — वह नोवा या सुपरनोवा है, और यह भ्रम स्वाभाविक है, क्योंकि पल्सर ठीक वही है जो क्रोड-पतन वाला सुपरनोवा पीछे छोड़ जाता है। क्रैब पल्सर क्रैब नीहारिका के केंद्र में बैठा है, जो सन् 1054 के उस सुपरनोवा का फैलता हुआ मलबा है जिसे चीनी और जापानी प्रेक्षकों ने 'अतिथि तारा' के रूप में दर्ज किया था। किंतु विस्फोट एक अकेली घटना है जो सप्ताहों-महीनों में मंद पड़ जाती है, जबकि पल्सर वह सघन अवशेष है जो उसके बाद लाखों वर्ष घूमता रहता है।
• (d)किसी तारे द्वारा उत्सर्जित रेडियो तरंगें — यह सबसे लुभावना ग़लत उत्तर है, क्योंकि पल्सर रेडियो पट्टी में ही खोजे गए थे और उन्हें ढूँढ़ने का मुख्य उपकरण आज भी रेडियो दूरबीनें हैं। फिर भी यह संकेत को उसके स्रोत से गड्डमड्ड कर देता है: स्पंद वह हैं जो हम प्रेक्षित करते हैं, और पल्सर वह तारा है जो उन्हें पैदा करता है। बात इस तथ्य से और तीखी हो जाती है कि पल्सर X-किरणों और गामा-किरणों में भी चमकते हैं — फ़र्मी अंतरिक्ष दूरबीन सैकड़ों गामा-किरण पल्सर सूचीबद्ध कर चुकी है — जबकि कुछ, जैसे जेमिंगा, मूलतः रेडियो-मौन हैं और अकेले गामा-किरणों में ही खोजे गए।

किसी तारे की अंतिम अवस्था इस बात से तय होती है कि संलयन रुकने पर उसके क्रोड में कितना द्रव्यमान बचता है। लगभग 1.4 सौर द्रव्यमान से नीचे — यही चंद्रशेखर सीमा है, जिसे एस० चंद्रशेखर ने 1930 में निकाला — इलेक्ट्रॉन अपकर्ष दाब क्रोड को थामे रख सकता है और श्वेत वामन बनता है। उससे ऊपर इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन कुचलकर न्यूट्रॉनों में बदल जाते हैं और पतन न्यूट्रॉन अपकर्ष दाब से रुकता है, जिससे लगभग 10 किमी त्रिज्या का न्यूट्रॉन तारा बनता है। मोटे तौर पर दो से तीन सौर द्रव्यमान से ऊपर वह भी विफल हो जाता है और कृष्ण विवर बनता है। इसलिए न्यूट्रॉन तारे तारकीय अवशेषों की बीच वाली सीढ़ी पर हैं, और पल्सर बस वह न्यूट्रॉन तारा है जिसका उत्सर्जन-पुंज संयोग से पृथ्वी के आर-पार घूमता है; अधिकांश न्यूट्रॉन तारे पल्सर के रूप में नहीं दिखते, क्योंकि उनके पुंज कहीं और ताकते हैं। उप-श्रेणियाँ प्रारंभिक परीक्षा के लिए महत्व रखती हैं: मिलीसेकंड पल्सर वे पुराने न्यूट्रॉन तारे हैं जिनका घूर्णन किसी युग्म-साथी से अभिवर्धित पदार्थ द्वारा फिर से तेज़ कर दिया गया है, और मैग्नेटार वे न्यूट्रॉन तारे हैं जिनका क्षेत्र लगभग 10^15 गॉस तक जाता है — प्रकृति के ज्ञात सबसे प्रबल चुंबक। चूँकि उनका घूर्णन इतना स्थिर है, इसलिए पल्सरों का उपयोग प्राकृतिक घड़ियों के रूप में होता है — सामान्य आपेक्षिकता की परीक्षा के लिए, अंतरतारकीय प्लाज़्मा का मानचित्रण करने के लिए, और यहाँ तक कि गहन-अंतरिक्ष यानों के लिए प्रस्तावित दिक्-सूचक प्रणाली के रूप में भी।

चारों विकल्प यों ही नहीं हैं: ये वे चार श्रेणियाँ हैं जिनमें कोई अभ्यर्थी 'पल्सर' को रख सकता है — वस्तुओं का समूह, अकेली वस्तु, घटना, और विकिरण का एक रूप — और इनमें केवल एक सही है। सबसे सुरक्षित रास्ता यह है कि पहले श्रेणी तय कीजिए और उसके बाद ही ब्यौरा। पल्सर एक वस्तु है, घटना नहीं, जिससे (c) यानी विस्फोट हट जाता है; और वह पिंड है, संकेत नहीं, जिससे (d) यानी रेडियो तरंगें हट जाती हैं। (a) और (b) के बीच शब्द स्वयं मदद करता है: 'स्पंद' किसी ऐसी चीज़ की ओर संकेत करता है जो नियमित रूप से दोहराती है, और मेट्रोनोम जैसी ताल केवल घूमती हुई एकल वस्तु ही पैदा कर सकती है, जबकि तारों के समूह के पास कोई साझी घड़ी होती ही नहीं। दूसरा रास्ता व्युत्पत्ति का है: PSR, वह सूची-उपसर्ग जो हर पल्सर के साथ लगता है, Pulsating Source of Radio में खुलता है, जो बता देता है कि पल्सर स्रोत है — उत्सर्जक — और इसलिए वह स्वयं वह उत्सर्जन नहीं हो सकता जिसका वर्णन विकल्प (d) करता है। जो अभ्यर्थी यह प्रश्न गँवाते हैं वे प्रायः यह ठीक-ठीक याद रखते हैं कि पल्सर नियमित रेडियो स्पंदों के रूप में खोजे गए थे और फिर वही विकल्प चुन लेते हैं जो तारे के बजाय स्पंदों का वर्णन करता है। दूसरी बार-बार होने वाली ग़लती पल्सर-क्वासर की चूक है, क्योंकि क्वासर की परिभाषा सचमुच उसके विकिरण से बनती है और वह किसी दूरस्थ आकाशगंगा के हृदय में होता है, तारकीय अवशेष होता ही नहीं।

• पहला पल्सर नवंबर 1967 में कैंब्रिज की शोध-छात्रा जोसलिन बेल बर्नेल ने एंटनी हेविश की Interplanetary Scintillation Array से पकड़ा; 1.337 सेकंड वाले उस स्रोत का उपनाम LGM-1 पड़ा और वह PSR B1919+21 के रूप में सूचीबद्ध हुआ। भौतिकी का 1974 का नोबेल पुरस्कार हेविश और मार्टिन राइल को मिला, बेल बर्नेल को नहीं।
• प्रारूपिक प्राचल: लगभग 20 किमी व्यास के गोले में क़रीब 1.4 सौर द्रव्यमान, घनत्व 10^17 किग्रा प्रति घन मीटर की कोटि का, सतह पर चुंबकीय क्षेत्र 10^8 से 10^12 गॉस और मैग्नेटारों में लगभग 10^15 गॉस तक।
• घूर्णन-आवर्तकाल सबसे तेज़ मिलीसेकंड पल्सरों के लगभग 1.4 मिलीसेकंड से लेकर कई सेकंड तक जाते हैं; मिलीसेकंड पल्सर वे पुराने न्यूट्रॉन तारे हैं जिन्हें किसी युग्म-साथी से पदार्थ खींचकर फिर से 'रीसाइकल' कर दिया गया है।
• क्रैब पल्सर, PSR B0531+21, क्रैब नीहारिका के केंद्र में प्रति सेकंड लगभग तीस बार घूमता है, और वह नीहारिका सन् 1054 के उस सुपरनोवा का अवशेष है जिसे चीनी तथा जापानी खगोलविदों ने दर्ज किया था।
• युग्म पल्सर PSR B1913+16, जिसे रसेल हल्स और जोसेफ़ टेलर ने 1974 में खोजा, में कक्षीय क्षय ठीक उतना निकला जितनी ऊर्जा-हानि सामान्य आपेक्षिकता गुरुत्वीय तरंगों के रूप में बताती थी, और इस पर 1993 का भौतिकी नोबेल मिला। भारत में पुणे के पास स्थित Giant Metrewave Radio Telescope, जिसे NCRA-TIFR चलाता है और जिसमें तीस चालनीय 45-मीटर तश्तरियाँ हैं, पल्सर-प्रेक्षण की अग्रणी सुविधा है।

• पल्सर को क्वासर से गड़बड़ा देना — क्वासर किसी दूरस्थ आकाशगंगा का असाधारण रूप से चमकीला नाभिक है, जिसे अतिविशाल कृष्ण विवर ऊर्जा देता है, न कि हमारी अपनी आकाशगंगा का तारकीय अवशेष
• वस्तु के बजाय विकिरण को उत्तर बना देना: स्पंद वह हैं जो रेडियो दूरबीन दर्ज करती है, जबकि पल्सर वह तारा है जो उन्हें पैदा करता है
• पल्सर को उसी सुपरनोवा के बराबर मान लेना जिसने उसे बनाया — विस्फोट घटना है, पल्सर वह है जो उसके बहुत बाद तक उसके केंद्र में बचा रहता है

BPSC खगोल-भौतिकी को चार छोटे विकल्पों वाली नंगी एक-पंक्ति परिभाषा के रूप में पूछता है, और भटकाने वाले विकल्प पड़ोसी विचारों से बनाता है — समूह, विस्फोट, विकिरण — ताकि पूरा प्रश्न इसी पर घूमे कि पल्सर किस प्रकार की चीज़ है। UPSC नंगी परिभाषा लगभग कभी नहीं देता; वह उसी तथ्य को सुमेलन-खंड में लपेट देता है, जैसा उसके 2023 के 'सेफ़ीड / नीहारिकाएँ / पल्सर' युग्मों में हुआ, जहाँ पल्सर वाली मद अकेली सही सुमेलित थी — या फिर वह किसी गुण के पीछे का भौतिक कारण पूछता है, जैसे यह कि कृष्ण विवर से कोई विकिरण बाहर क्यों नहीं निकल पाता।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  पहला पल्सर 1967 में किसने खोजा था?

  • (a)सुब्रह्मण्यन चंद्रशेखर
  • (b)एडविन हबल
  • (c)जोसलिन बेल बर्नेल
  • (d)कार्ल जान्स्की

  उत्तर(c) जोसलिन बेल बर्नेल — तब वे कैंब्रिज में शोध-छात्रा थीं और एंटनी हेविश की Interplanetary Scintillation Array पर काम कर रही थीं; वह स्रोत आज PSR B1919+21 के रूप में सूचीबद्ध है, जिसका आवर्तकाल 1.337 सेकंड है।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  क्वासर पल्सर से इस अर्थ में भिन्न है कि क्वासर है:

  • (a)प्रबल चुंबकीय क्षेत्र वाला घूमता न्यूट्रॉन तारा
  • (b)किसी दूरस्थ आकाशगंगा का अत्यंत चमकीला नाभिक, जिसे अतिविशाल कृष्ण विवर ऊर्जा देता है
  • (c)नवनिर्मित तारों का सघन गुच्छ
  • (d)किसी युग्म-तंत्र में श्वेत वामन का विस्फोट

  उत्तर(b) किसी दूरस्थ आकाशगंगा का अत्यंत चमकीला नाभिक, जिसे अतिविशाल कृष्ण विवर ऊर्जा देता है — विकल्प (a) पल्सर की परिभाषा है और विकल्प (d) टाइप Ia सुपरनोवा का वर्णन।