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संख्यात्मक खगोल भौतिकी

सापेक्षता की सबसे शक्तिशाली प्रयोगशाला विशाल ब्रह्मांड में है, जहां पदार्थ या तो ब्लैक होल और न्यूट्रॉन सितारों जैसी कॉम्पैक्ट वस्तुओं पर फेंकते हैं, या सापेक्ष जेट के रूप में उनसे दूर बहते हैं। न्यूट्रॉन तारे और सफ़ेद बौने हल्के तारों के 'मृत शरीर' हैं। ब्लैक होल भारी तारों के मृत शरीर हैं, और द्रव्यमान सौर द्रव्यमान के कुछ से लेकर कुछ दसियों तक होता है। हालाँकि, आकाशगंगाओं के केंद्रों पर मिलियन से बिलियन सौर द्रव्यमान वाले अति विशाल ब्लैक होल मौजूद हैं। इन वस्तुओं को उन विकिरणों से देखा जाता है जो हम एकत्रित पदार्थ से प्राप्त करते हैं। दिलचस्प बात यह है कि इन वस्तुओं पर गिरने वाले सभी पदार्थ वास्तव में ऐसा करने में कामयाब नहीं होते हैं, लेकिन उनमें से एक हिस्सा सापेक्ष जेट के रूप में बाहर निकल जाता है। ये जेट परिवेशीय माध्यम के साथ भी संपर्क करते हैं और कम आवृत्तियों पर विकिरण करते हैं। यहां तक कि जीआरबी जैसी ऊर्जावान घटनाओं को भी बड़े पैमाने पर सितारों को ब्लैक होल में ढहने या बाइनरी न्यूट्रॉन सितारों के विलय से ऐसे खगोल भौतिकी जेट द्वारा उत्पादित उच्च ऊर्जा विकिरण माना जाता है। दूसरे शब्दों में, इन रहस्यमय वस्तुओं की जांच ऐसे विविध विषयों पर प्रकाश डाल सकती है जैसे एक्स-रे बायनेरिज़ और एजीएन में अभिवृद्धि से लेकर खगोलभौतिकीय जेट आकृति विज्ञान और सापेक्षतावादी प्लाज्मा, जीआरबी आदि में अस्थिरता का अध्ययन।

किसी तरल पदार्थ को उसकी थोक गति के कारण सापेक्षतावादी कहा जाता है और यदि इसकी तापीय ऊर्जा इसकी शेष द्रव्यमान ऊर्जा से तुलनीय या अधिक है। एरीज़ सिद्धांत समूह विभिन्न रीमैन समस्याओं आदि को सुलझाने के लिए सापेक्षतावादी तरल पदार्थ का अध्ययन करने में महत्वपूर्ण समय बिताता है। ये अभ्यास बेहतर सिमुलेशन कोड के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण कदम हैं। अत्यधिक उच्च आघात शक्ति, या बहुत उच्च संपीड्यता जैसी चरम स्थितियों और इन प्रवाहों की सापेक्ष प्रकृति के लिए नए संख्यात्मक तरीकों के विकास की आवश्यकता है। रीमैन सॉल्वर पर आधारित उच्च-रिज़ॉल्यूशन शॉक-कैप्चरिंग परिमित-मात्रा योजनाओं पर जोर दिया गया है। संख्यात्मक सिमुलेशन कोड के परिणामों पर भरोसा करने और सिमुलेशन करते समय नुकसान से बचने के लिए, जहां भी उपलब्ध हो, संख्यात्मक समाधानों को ज्ञात विश्लेषणात्मक समाधानों से मिलान किया जाना चाहिए ताकि समूह विश्लेषणात्मक समाधानों का पूरी तरह से अध्ययन करने और समझने में महत्वपूर्ण समय व्यतीत कर सके। .

एक-आयामी सापेक्षतावादी जेट के लिए सटीक समाधान (ठोस रेखाएं) और टीवीडी सिमुलेशन कोड (खुले सर्कल) से प्राप्त समाधान के बीच तुलना। पहले पैनल में घनत्व छलांग रिवर्स शॉक, संपर्क असंततता (जेट-हेड), और फॉरवर्ड शॉक (क्रमशः बाएं से दाएं) की स्थिति दिखाती है। टीवीडी कोड उचित सटीकता के साथ झटके और संपर्क विच्छेदन का समाधान करता है। यहां इलेक्ट्रॉन-प्रोटॉन संरचना के साथ सीआर ईओएस का उपयोग किया गया है। (2021, MNRAS, 502, 5227)
ब्लैक होल के चारों ओर चिपचिपी अभिवृद्धि डिस्क से क्यूपीओ और जेट पीढ़ी का अनुकरण(2016, ApJ, 831, 33)

एरीज़ सिद्धांत समूह अभिवृद्धि डिस्क बनाने वाले सापेक्षतावादी प्लाज्मा के थर्मोडायनामिक्स का वर्णन करने के लिए राज्य के सापेक्ष समीकरण के साथ अभिवृद्धि डिस्क मॉडल का अध्ययन करता है। ब्लैक होल के चारों ओर श्यान अभिवृद्धि डिस्क का विश्लेषणात्मक और संख्यात्मक दोनों तरह से अध्ययन किया गया है। संख्यात्मक सिमुलेशन डिस्क में कई टकराने वाले झटके दिखाते हैं जिन्हें एपिसोडिक द्विध्रुवीय बहिर्वाह के स्रोत के रूप में अर्ध आवधिक दोलन के स्रोत के रूप में व्याख्या किया जा सकता है। उन्होंने न्यूट्रॉन सितारों जैसे चुंबकीय कॉम्पैक्ट सितारों पर आत्मनिर्भर, वैश्विक अभिवृद्धि स्तंभ समाधान भी प्राप्त किए। समूह ने ब्लैक होल के चारों ओर अभिवृद्धि डिस्क के विकृत समाधान की समस्या को हल करने के लिए एक सरल विधि का भी आविष्कार किया है और इसे चुंबकीय कॉम्पैक्ट सितारों के आसपास अभिवृद्धि स्तंभों तक विस्तारित करने का इरादा रखता है।

सापेक्षतावादी चुंबकीय बहिर्वाह स्ट्रीमलाइनें जो अल्फ़वेनिक और तेज़ बिंदुओं से होकर गुजरती हैं (2019, MNRAS, 488, 5713)

जेट के त्वरण तंत्र का अध्ययन किया गया है जहां जेट अभिवृद्धि डिस्क विकिरण द्वारा संचालित होता है। जेट को कुछ लोरेंत्ज़ कारकों तक त्वरित किया जा सकता है। अधिक दिलचस्प बात यह है कि जेट के लिए भी, जेट की सही आंतरिक सीमा स्थिति प्राप्त करने के लिए सामान्य सापेक्षता और कॉम्पटन स्कैटरिंग क्रॉस-सेक्शन पर विचार करना महत्वपूर्ण है। इसके विपरीत, चुंबकीय ड्राइविंग 100 के आसपास टर्मिनल लोरेंत्ज़ कारकों के साथ जेट का उत्पादन कर सकती है। यह भी दिखाया गया है कि जेट के सही तापमान वितरण को प्राप्त करने के लिए राज्य के सापेक्ष समीकरण का उपयोग करने की आवश्यकता है। इन सभी समाधानों में, यह दिखाया गया कि जेट समाधान प्रवाह की संरचना पर निर्भर करते हैं। सापेक्ष जेट के सिमुलेशन से यह भी पता चलता है कि जेट संरचना जेट संरचना को प्रभावित करती है।

अभिवृद्धि दर = 1.8 एडिंगटन दर (बाएं) और 4 एडिंगटन दर (दाएं) के साथ एक गैर-घूर्णन ब्लैक होल के चारों ओर केप्लरियन डिस्क के ऊपर विकिरण से संचालित हवा के लिए मूवी। छोटी अभिवृद्धि दर के मामले में, हवा विकिरण खिंचाव से शांत होती है जबकि बड़ी अभिवृद्धि दर के मामले में हवा चलती है। (2021, MNRAS, 501, 4850)

प्राध्यापक सदस्य : डॉ. इंद्रनील चट्टोपाध्याय
पोस्ट डॉक्टरल शोधकर्ता : कुलदीप सिंह
अनुसंधान विद्वान:शिल्पा सरकार, राज किशोर जोशी