एक विशाल तारा फटता है

कैसे सूर्य से कई गुना भारी तारा अपने ही भीतर ढह जाता है और ख़ुद को उड़ा देता है

कदम-दर-कदम

एक महादानव

विशाल तारे तेज़ी से जीते हैं। यह तारा सूर्य से लगभग 18 गुना द्रव्यमान लेकर जन्मा था और अपना ईंधन इतनी तेज़ी से जलाता है कि सूर्य से लगभग 90,000 गुना ज़्यादा चमकता है। इसका पूरा जीवन सिर्फ़ लगभग एक करोड़ वर्ष का है, सूर्य के जीवन का हज़ारवाँ हिस्सा।

इसकी बाहरी परतें इतनी फूली और विरल हैं कि उबलती गैस की बस कुछ विशाल कोशिकाएँ इसका पूरा चेहरा ढक लेती हैं, हर एक सूर्य से कई गुना चौड़ी।

मृग तारामंडल में आर्द्रा ऐसा ही तारा है, लगभग 550 प्रकाश-वर्ष दूर। यह अगले 1,00,000 वर्षों में कभी फटेगा: किसी तारे के लिए यह एक पल है, पर संभवतः हमारे जीवनकाल में नहीं।

प्याज़ जैसी परतें

भीतर से यह परतों में बना है। लोहे के एक केंद्र के चारों ओर सिलिकॉन, ऑक्सीजन और नियॉन, कार्बन और हीलियम की परतें हैं, हर एक अपने बाहर जलते ईंधन की राख, और सब हाइड्रोजन के एक विशाल आवरण में लिपटे हैं।

तारा हल्के तत्वों को जोड़कर भारी तत्व बनाते हुए चमकता है। जब उसके केंद्र का हाइड्रोजन ख़त्म होता है, केंद्र सिकुड़ता और गरम होता है जब तक कि वह हीलियम की राख को जला न सके, जिससे कार्बन और ऑक्सीजन बनते हैं। हर बार ईंधन ख़त्म होने पर केंद्र सिकुड़ता है, और गरम होता है और पिछले की राख जलाने लगता है: कार्बन, फिर नियॉन, ऑक्सीजन और सिलिकॉन।

हर ईंधन केंद्र के ठीक बाहर एक पतली परत में जलता रहता है, इसलिए तारा अंत में प्याज़ की तरह परतों वाला हो जाता है। परतें लगभग पैमाने पर बनी हैं: तारे की लगभग पूरी चौड़ाई हाइड्रोजन है, और बाकी सब कुछ लगभग सूर्य जितने बड़े केंद्र में ठुँसा है।

ज़ूम करने पर दिखता है कि वे कितनी गहरी हैं: केंद्र का लोहा तारे से लगभग एक लाख गुना संकरा है।

और तेज़, और तेज़

हर नया ईंधन पिछले से जल्दी ख़त्म होता है: हाइड्रोजन लगभग 80 लाख वर्ष चलता है, हीलियम दस लाख, कार्बन एक हज़ार, नियॉन और ऑक्सीजन लगभग एक-एक वर्ष, और सिलिकॉन सिर्फ़ लगभग दस दिन।

भारी ईंधन हर बार जुड़ने पर कम ऊर्जा देते हैं, और उन्हें जोड़ने के लिए केंद्र का ज़्यादा गरम होना ज़रूरी है। ऐसे तापमान पर वह न्यूट्रिनो के रूप में भी ऊर्जा खोता है, जो सीधे तारे से बाहर उड़ जाते हैं, इसलिए ख़ुद को थामे रखने के लिए ही उसे और तेज़ जलना पड़ता है।

जब तक वह लगभग 3 अरब डिग्री पर सिलिकॉन जलाता है, केंद्र अपना ईंधन दिनों में ख़त्म कर देता है। बाहर से किसी को पता नहीं चलता: तारे की सतह इतनी धीरे बदलती है कि यह नहीं दिखा पाती कि केंद्र अपने अंत की ओर दौड़ रहा है।

ये समय वूस्ली, हेगर और वीवर के मॉडलों में लगभग 20 सूर्यों वाले तारे के हैं; भारी तारा इनसे और भी तेज़ी से गुज़रता है।

लोहे का केंद्र

लोहे का नाभिक सबसे मज़बूती से बँधे नाभिकों में है। उसे किसी भारी चीज़ में जोड़ो या किसी हल्की चीज़ में तोड़ो, दोनों में ऊर्जा लगानी पड़ती है। इसलिए लोहा बीच में मरी हुई राख की तरह जमा होता जाता है, जिसे जलाने वाला कुछ नहीं।

केंद्र को सिर्फ़ उसके इलेक्ट्रॉन थामे रखते हैं, इतने कसकर दबे हुए कि वे उलटा धकेलते हैं: वही दबाव जो श्वेत वामन को थामे रखता है। यह दबाव सूर्य के द्रव्यमान का सिर्फ़ लगभग 1.4 गुना सह सकता है, और केंद्र के चारों ओर जलता सिलिकॉन उसमें लोहा जोड़ता रहता है।

टूटी रेखा वाला घेरा पैमाने पर पृथ्वी है। हमारे ग्रह से छोटी गेंद में केंद्र सूर्य से ज़्यादा द्रव्यमान ठूँस देता है।

ढहना

केंद्र के दबने पर इलेक्ट्रॉन प्रोटॉनों में ठूँस दिए जाते हैं, जो न्यूट्रॉन बन जाते हैं और न्यूट्रिनो छोड़ते हैं। उलटा धकेलने को कम इलेक्ट्रॉन बचने से ढहना और तेज़ हो जाता है। तारे के बाकी हिस्से को पता चलने का समय ही नहीं मिलता: उसके लिए अभी कुछ हुआ ही नहीं।

यह काम केंद्र का अपना गुरुत्व करता है, और वह चौंका देने वाली ऊर्जा छोड़ता है: सूर्य अपने पूरे दस अरब वर्ष के जीवन में जितनी ऊर्जा देगा, उससे कुछ सौ गुना ज़्यादा, एक सेकंड से भी कम में।

पलक झपकने से भी कम समय में केंद्र लगभग पृथ्वी जितने आकार से, यानी टूटी रेखा वाले घेरे से, सिकुड़कर कुछ दर्जन किलोमीटर की गेंद बन जाता है: भावी न्यूट्रॉन तारा।

उछाल

परमाणु के नाभिक जितने घनत्व पर गिरता केंद्र सख़्त होकर उछल पड़ता है और बाहर की ओर एक आघात तरंग भेजता है। एक न्यूट्रॉन तारा जन्म लेता है, और उससे 10⁵⁸ न्यूट्रिनो फूट पड़ते हैं, जो 99% ऊर्जा ले जाते हैं।

इतना घना पदार्थ उतना ही ठसाठस भरा है जितना पदार्थ हो सकता है: उसका एक चम्मच लगभग एक अरब टन का होगा। जब भीतरी केंद्र इस घनत्व तक पहुँचता है तो उसे और दबाया नहीं जा सकता, और उस पर गिरती गैस दीवार से टकराई गेंद की तरह उछल जाती है।

न्यूट्रिनो लगभग किसी चीज़ से नहीं टकराते: सूर्य से आए खरबों न्यूट्रिनो हर सेकंड आपके शरीर से गुज़रते हैं। इस कुचलन में वे भी धीमे पड़ते हैं, पर लगभग दस सेकंड में सब निकल भागते हैं और ढहने की लगभग सारी ऊर्जा ले जाते हैं।

वे ही एकमात्र चीज़ हैं जो कभी सीधे किसी ढहते केंद्र से आते हुए पकड़ी गईं: 1987 में जापान, अमेरिका और रूस के डिटेक्टरों ने SN 1987A से लगभग दो दर्जन न्यूट्रिनो पकड़े, उसके प्रकाश के पहुँचने से घंटों पहले।

आघात रुकता है, फिर छूट निकलता है

सेकंड के कुछ सौवें हिस्से में आघात तरंग का ज़ोर ख़त्म हो जाता है और वह केंद्र से लगभग 150 किमी पर अटक जाती है। उसके पीछे की गैस को गरम करते न्यूट्रिनो उसे उबाल देते हैं, और सेकंड के कुछ दसवें हिस्से बाद आघात छूट निकलता है।

आघात अपनी ऊर्जा उस पर गिरते लोहे के नाभिकों को तोड़ने में खर्च कर देता है और थम जाता है। दशकों तक सुपरनोवा के कंप्यूटर मॉडल ठीक यहीं नाकाम होते रहे: सरल मॉडलों में तारा फटता ही नहीं।

जवाब न्यूट्रिनो में है। आघात के पीछे की गैस उनकी ऊर्जा का कुछ प्रतिशत पकड़ लेती है, विशाल बुलबुलों में उबलती-उछलती है और आघात को बाहर धकेलती है जब तक वह छूट न जाए। यह सिर्फ़ कुछ सबसे बड़े सुपरकंप्यूटरों पर चले त्रि-आयामी सिमुलेशन पकड़ पाते हैं, और उनमें अब तारे फटते हैं।

छूटने के बाद आघात हज़ारों किलोमीटर प्रति सेकंड से तारे की परतों को चीरता हुआ बढ़ता है।

बाहर फूटना

लगभग एक दिन बाद आघात तारे की सतह तक पहुँचता है और लगभग आधे घंटे की पराबैंगनी रोशनी की चमक के साथ उसे फोड़कर बाहर निकलता है। पूरा तारा बिखर जाता है।

ऐसी सिर्फ़ एक चमक उसकी शुरुआत में पकड़ी गई है: 2008 में स्विफ़्ट उपग्रह संयोग से एक आकाशगंगा को देख रहा था जब सुपरनोवा SN 2008D का आघात बाहर फूटा, और लगभग पाँच मिनट तक एक्स-किरणों में चमकता रहा।

इतने बड़े तारे में आघात को बाहर आने में लगभग एक दिन लगता है। SN 1987A का तारा छोटा था, एक नीला महादानव, और उसका प्रकाश न्यूट्रिनो के लगभग तीन घंटे बाद शुरू हुआ।

तारे की बाहरी परतें, दस सूर्यों से ज़्यादा की गैस, लगभग 10,000 किमी/से की रफ़्तार से फेंक दी जाती हैं।

एक सुपरनोवा

महीनों तक यह अकेला तारा करोड़ों सूर्यों की तरह चमकता है, इतना कि ब्रह्मांड के बड़े हिस्से से दिखाई दे।

लंबी, स्थिर चमक उसके फेंके हाइड्रोजन से आती है। धमाके से गरम हुई गैस फैलते हुए ठंडी होती है, और उसका प्रकाश बाहर से भीतर की ओर निकलता है। जब यह ख़त्म होता है, प्रकाश धमाके में बने निकेल-56 से आता है, जो कोबाल्ट और फिर लोहे में टूटते हुए मलबे को गरम करता है।

बड़े मैगेलैनिक बादल में 1,68,000 प्रकाश-वर्ष दूर SN 1987A दूरबीन के आविष्कार के बाद देखा गया सबसे पास का सुपरनोवा था, इतना चमकीला कि नंगी आँखों से दिखा।

तारों की धूल

सदियों बाद मलबा प्रकाश-वर्षों चौड़ा एक खोल बन जाता है, जिसमें तारे में बने ऑक्सीजन, सिलिकॉन, कैल्शियम और लोहा भरपूर हैं। उसके केंद्र में न्यूट्रॉन तारा घूमता है।

अवशेष आसपास की गैस में घुसते हुए बढ़ता रहता है, और जहाँ उसका आघात उस गैस को लाखों डिग्री तक गरम करता है, वहाँ एक्स-किरणों में चमकता है। 11,000 प्रकाश-वर्ष दूर कैसियोपिया A ऐसा ही अवशेष है, लगभग 340 वर्ष पुराना और 10 प्रकाश-वर्ष चौड़ा; यहाँ के रंग उन तत्वों के अनुसार हैं जिनका नक्शा चंद्रा ने उसमें बनाया है।

समय के साथ मलबा आकाशगंगा की गैस में मिल जाता है, जिससे नए तारे और ग्रह बनते हैं। हम जो ऑक्सीजन साँस में लेते हैं उसका बड़ा हिस्सा, और हमारे खून के लोहे का कुछ हिस्सा, ऐसे ही तारों में बना और ऐसे ही धमाकों से बिखरा।

पीछे बचा न्यूट्रॉन तारा पल्सर बनकर चमक सकता है, जैसे कर्क नीहारिका में, जो 1054 में देखे गए सुपरनोवा का अवशेष है। किसी और भारी तारे का केंद्र और भी ढहकर ब्लैक होल बन सकता है।