எக்ஸ்-ரே மாற்ற ஆற்றல் அளவுகோலில் இருந்து வானியற்பியல் பிளாஸ்மா ஆய்வு

பிரபஞ்சத்தின் வலிமையான மற்றும் மர்மமான பொருள்கள் மற்றும் நிகழ்வுகள் சிலவற்றைத் தேடுவதற்கு வானியற்பியல் பிளாஸ்மாக்கள் பற்றிய ஆய்வு இன்றியமையாதது. எதிர்கால வானியல் இயற்பியல் X-கதிர்கள் கண்காணிப்பகங்களைப் பயன்படுத்தி X-ray வானியல் அணுக முடியாத நுட்பங்களைப் பயன்படுத்த இத்தகைய ஆராய்ச்சி விஞ்ஞானிகளுக்கு உதவும். உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட எக்ஸ்-கதிர்களை துல்லியமாக விளக்குவதற்கு முக்கிய தேவை சரியான ஆற்றல் நிலைகளை அறிவது.

Dr. Karl Remeis-Observatory மற்றும் Erlangen Center for Astroparticle Physics of Friedrich-Alexander-Universt Erlangen-Nürnberg, Bamberg, Germany மற்றும் இணை ஆசிரியர்கள் J. Stierhof-ஆல் எழுதப்பட்ட EPJ D இல் வெளியிடப்பட்ட ஒரு புதிய ஆய்வறிக்கை, நியான், கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் சல்பர் ஹெக்ஸாபுளோரைடு வாயுக்களின் மென்மையான எக்ஸ்ரே கதிர் துல்லியமான அளவுத்திருத்தக் குறிப்புகளை வழங்க BESSY II சின்க்ரோட்ரான் வசதியைப் பற்றி ஆய்வு நடத்தியுள்ளது.

“எக்ஸ்-கதிர்கள் அல்லது ஒளியின் பிற அலைநீளங்களை உள்ளடக்கிய பல ஆராய்ச்சிப் பகுதிகளில், உமிழ்வு மற்றும் உறிஞ்சுதல் கோடுகளின் அளவீடுகளை பல்வேறு தனிமங்களின் மாற்றங்களுக்கான அறியப்பட்ட மதிப்புகளுடன் ஒப்பிடுவதன் மூலம் நுண்ணறிவு பெறப்படுகிறது. உமிழ்ப்பான் அல்லது உறிஞ்சியின் வேகம் காரணமாக அறியப்பட்ட அலைநீளத்தின் மாற்றம் ஏற்படலாம்” என்று ஸ்டியர்ஹாஃப் கூறுகிறார். “அதிக மின்னூட்டம் செய்யப்பட்ட அயனிகளில் மாற்றங்களுடன் ஒரே நேரத்தில் வாயுக்களின் மாறுதல் ஆற்றல்களை அளவிடுவதற்கான அமைப்பை பணி நிரூபிக்கிறது.”

ஒரு சின்க்ரோட்ரான் கதிர் லைனில் இருந்து ஒரே வண்ணமுடைய எக்ஸ்-கதிர்கள் எலக்ட்ரான் கதிர் அயனி பிடிப்பு (EBIT-Electron Beam Ion Trap) வழியாக செல்கின்றன. அங்கு எலக்ட்ரான்கள் உற்பத்தி செய்யப்பட்டு EBIT-க்குள் சிக்கியுள்ள குறைந்த-அடர்த்தி பிளாஸ்மாவுடன் தொடர்பு கொள்கின்றன. பின்னர் அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகளைக் கொண்ட வாயு ஒளிச்சேர்க்கை கலத்தில் நுழைகின்றன. EBIT-இல் உள்ள அயனிகளில் இருந்து ஃப்ளோரசன்ஸ் உமிழ்வு சோதனையில் ஒரே வண்ணமுடைய ஆற்றல் அளவின் முழுமையான அளவுத்திருத்தத்திற்கான அடிப்படையை வழங்குகிறது.

கார்பன் டை ஆக்சைடில் ஆற்றல் மாற்றம் தொடர்பான முந்தைய கண்டுபிடிப்புகளுடன் ஒத்துப்போகும் முடிவுகளை ஆய்வறிக்கையின் ஆசிரியர்கள் கண்டறிந்தனர். முந்தைய சோதனைகள் சுமார் 0.5 eV-இல் மாற்றத்தைக் காட்டியுள்ளன, இது கூறப்பட்ட நிச்சயமற்ற தன்மையை விட இரண்டு மடங்கு அதிகமாகும்.

கொள்கையளவில் புள்ளிவிவர நிச்சயமற்ற தன்மை 1 முதல் 10MeV வரையிலான அளவுத்திருத்தங்களை அனுமதிக்கிறது. முறையான பங்களிப்புகள் தற்போது நிச்சயமற்ற தன்மையை 40 முதல் 100 MeV வரை கட்டுப்படுத்துகின்றன.

“முன்மொழியப்பட்ட அமைப்பு எக்ஸ்ரே கற்றைக்கான முழுமையான அளவுத்திருத்தத்தை வழங்குகிறது. ஆனால் மொத்த நிச்சயமற்ற தன்மை கதிரின் ஒப்பீட்டு மாற்றங்களால் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது என்பது கண்டறியப்பட்டது. இந்த ஒப்பீட்டு மாற்றங்களை அளவிட கூடுதல் அமைப்பை வழங்குவது, 10 meV-இன் தெளிவுத்திறன் வரம்பை நெருங்கும்” என்று ஸ்டியர்ஹாஃப் கூறுகிறார்.

References:

• Liang, G. Y., Wei, H. G., Yuan, D. W., Zhong, J. Y., Zhang, Z., Wang, C., & Zhang, J. (2022). Charge-exchange X-Ray Signature in Laboratory Outflow Interaction with Neutrals. The Astrophysical Journal, 925(2), 150.
• Bale, S., Bhattacharjee, A., Cattaneo, F., Drake, J., Ji, H., Lee, M., & Zweibel, E. (2022). Research Opportunities in Plasma Astrophysics. arXiv preprint arXiv:2203.02406.
• Oliva, E., Zeitoun, P., Velarde, P., Fajardo, M., Cassou, K., Ros, D., & Le Pape, S. (2010). Hydrodynamic study of plasma amplifiers for soft-x-ray lasers: A transition in hydrodynamic behavior for plasma columns with widths ranging from 20 μ m to 2 mm. Physical Review E, 82(5), 056408.
• Hell, N. (2017). Benchmarking transition energies and emission strengths for X-ray astrophysics with measurements at the Livermore EBITs(Doctoral dissertation, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)).
• Smith, R. K., & Brickhouse, N. S. (2014). Atomic data needs for understanding x-ray astrophysical plasmas. In Advances in atomic, molecular, and optical physics(Vol. 63, pp. 271-321). Academic Press.