Helix Nebula, हेलिक्स निहारिका: तारा विस्फोट भएपश्चात्

एक औँसीको निष्पट्ट अन्धकारको रातमा एकान्त स्थान जहाँ सहरिया बत्तीको झिलिमिलीको प्रकाश प्रदूषण हुँदैन त्यहाँ बसेर आकाश निहार्नुको आनन्द नै अनुपम हुन्छ । सुदूर आकाशमा झिलमिलाईरहेका ती साना प्रकाशबिन्दुहरू सुन्दर मात्र छैनन् तिनीहरूको हामीसँग धेरै गहन तथा जटिल सम्बन्ध पनि छ । ती प्रकाशबिन्दुहरू तारा(Star) हरू हुन् ।

एक महान् अन्तरिक्ष वैज्ञानिक कार्ल सागन (Carl Sagan) ले १९८० मा १३ भागको एक टिभि शृङ्खला प्रस्तुत गरेका थिए । सायद आजसम्म त्यत्तिको उत्कृष्ट र गहन प्रस्तुति आएकै छैन । कार्ल सागन र उनको त्यो Cosmos भन्ने टिभि शृङ्खलाले विश्वका सामुन्ने अन्तरिक्ष विज्ञानको गहन तथा जटिल विषयलाई सबै बुझ्ने गरी सबैसामुन्ने पस्किएको थियो । त्यही प्रस्तुतिमा सागनले भनेका थिए, ” हाम्रो DNA मा रहेको नाइट्रोजन, दाँतमा रहेको क्याल्सियम, रगतमा रहेको फलाम, हाम्रो स्याउको केकमा रहेको कार्बन सबै मर्दै गरेको ताराभित्र बनेको हो । हामी सबै ताराका धुलाहरू हौँ ।”

झट्ट सुन्दा अनौँठो र रोमाञ्चकारी लाग्छ तर यो सत्य हो कि हामीमात्र होइन हाम्रा वरिपरि रहेका प्राणी तथा वनस्पतिहरू र श्वासप्रश्वासमा प्रयुक्त अक्सिजन तथा कार्बनडाई अक्साइड, ती ढुङ्गाहरू, त्यो उज्ज्वल हिरा, आणविक भट्टीमा तातिरहेको युरेनियम होस् या त्यो किसानको काँधमा झुन्डिएको कोदालो या ती महिलाको कानमा झल्किएको सुनको गहना……….यो ब्रह्माण्डमा हामीले देखेका, भोगेका सबै वस्तुहरू जुन तत्त्वहरूले बनेका छन् ती सबै तत्त्वहरू आफ्नो जीवनको अन्त्य गर्दै गरेका तिनै झिलमिलाईरहेका ताराहरूले गरेका हुन् ।

दिपेश मूर्ति पन्त

तत्त्वहरू (Elements)

हाम्रो ब्रह्माण्डमा जति पनि वस्तुहरू छन् तिनीहरूको रचना विभिन्न तत्त्वहरूको रासायनिक यौगिक (Chemical Compounds) हरू, तत्त्वहरूको मिश्रण (Mixtures)हरूबाट निर्मित छन् । तत्त्वहरू यस्तो पदार्थ हो जसका परमाणुहरूलाई कुनै पनि रासायनिक प्रक्रियाबाट टुक्राउन सकिँदैन । परमाणुका नाभिकेन्द्रमा (Atomic Nuclei) निश्चित सङ्ख्यामा प्रोटोन (Proton)  रहन्छन् । त्यही प्रोटोनको सङ्ख्याअनुसार तत्त्वहरू पनि अलग अलग हुन्छन् । एउटा प्रोटोन नाभिकेन्द्रमा भएको तत्त्व हाइड्रोजन (Hydrogen: H) हो भने ६ वटा भएको कार्बन (Carbon: C), ८ वटा भएको अक्सिजन (Oxygen: O) भने २६ प्रोटोन भएको फलाम (Iron) ७९ वटा भए सुन (Gold: Au) र ९४ भए प्लुटोनियम (Plutonium: Pu)।

अहिलेसम्म प्राकृतिक रूपमा उपलब्ध भएका ९४ तत्त्व छन् (*केही अन्य तत्त्व पनि उपलब्ध छन् तर तिनीहरू अति सूक्ष्म मात्रामा उपलब्ध हुन्छन्)  जसबाट यो पृथ्वीमा हामीले देखेका भोगेका प्रत्येक वस्तुहरूको रचना भएको छ । हाम्रो तथा अन्य प्राणी र वनस्पतिहरूको शरीरदेखि उनीहरूले खाने खानासम्मका जैविक वस्तुहरूको निर्माणमा छवटा तत्त्वहरू र तिनीहरूका यौगिकहरू प्रयुक्त हुन्छन् ती हुन् कार्बन, हाइड्रोजन (Hydrogen: H), नाइट्रोजन ( Nitrogen: N) अक्सिजन (Oxygen : O), फस्फोरस (Phosphorus: P) र सल्फर ( Sulfur: S) हुन् । यिनीहरूले जैविक वस्तुहरूको रचना लगभग ९९% भाग ओगट्छन् ।

तत्त्वहरूको रचना

प्राकृतिक रूपमा उपलब्ध ती ९४ तत्त्वहरू के एकै साथ रचना भएका हुन् त ? अध्ययनहरूले त्यस्तो देखाउँदैनन् । झन्डै १४ अर्ब वर्षपहिले कुनै अनन्त सघन बिन्दुबाट महाविस्फोट (Big Bang) बाट यो ब्रह्माण्ड अस्तित्वमा आउँदा सबै तत्त्वहरू एकैपटक अस्तित्वमा आएका होइनन् । पहिलो १० सेकेन्डदेखि २० मिनेटको अवधिमा ब्रह्माण्डको सबैभन्दा सहज तत्त्व हाइड्रोजन साथै हेलियम (Helium: He) र केही मात्रामा लिथियम (Lithium: Li) र बेरीलियम (4P: Beryllium: Be) का साथ तिनीहरूका केही Isotopes हरू अस्तित्वमा आएका हुनुपर्छ । त्यस प्रक्रियालाई Big Bang Nucleosynthesis (BBN) भनिन्छ । ब्रह्माण्ड त्यसपछि ४ लाख वर्षसम्म विकिरण र तिनै सुरुवाती पदार्थहरूको मिश्रणका रूपमा रह्यो ।

ब्रह्माण्डको विस्तार

त्यसपछि झन्डै १० करोड ८० लाख वर्षसम्म ब्रह्माण्ड अन्धकार युगमा बस्यो जसलाई हामी Cosmic Dark Ages भन्छौ त्यसले हामीलाई सधैँ चुनौती दिइरहेको छ किनभने त्यस बेलाका विकिरणहरू अवलोकनका लागि धेरै मन्द छन् । यो अवधिको अन्त्य त्यति बेला भयो जब यो ब्रह्माण्डमा पहिलो तारा (Star) को जन्म भयो । हाइड्रोजन र हिलियम ग्यासहरू गुरुत्वाकर्षण बलका कारणले एक बिन्दुमा जम्मा हुन्छन् । जब त्यस बिन्दुमा यी ग्यासको घनत्व बढ्दै-बढ्दै जान्छ त्यसले त्यहाँको ताप र चाप दुवै बढ्दै जान्छ अनि हाइड्रोजनका अणुहरू एकआपसमा संयोजित (Fuse) हुन्छन् अनि हेलियम बन्छन् । त्यो प्रक्रियामा विशाल शक्ति उत्सर्जित हुन्छ । यो प्रक्रियालाई हामी नाभिकीय संयोजन (Nuclear Fusion) भन्छौ । अब त्यो विशाल डल्लाले ताप र प्रकाश उत्सर्जन गर्छ । यसरी ब्रह्माण्डमा ताराहरूको जन्म भएको हो ।

तारा: ब्रह्माण्डको उज्यालोदेखि तत्त्वहरूको रचना

तारा प्रमुख रूपमा हाइड्रोजन र हेलियमको आफ्नै गुरुत्वले बाँधिएको तातो Plasma को डल्लो हो । हामीले सजिलाको लागि ग्यासको डल्लो भने पनि यो पदार्थको चौथो अवस्था अर्थात् Plasma को डल्लो हो । Plasma भनेको पदार्थको त्यस्तो अवस्था हो जसमा अणुहरूको बाहिरी कक्षमा रहेका इलेक्ट्रोन/इलेक्ट्रोनहरू स्वतन्त्र हुन्छन् जसले गर्दा यो विद्युतीय सुचालक हुन्छ । ताराको केन्द्रमा हाइड्रोजन अणु र यसका Isotopes हरू एक आपसमा संयोजित (Nuclear Fusion) हुँदा विशाल ताप र प्रकाशको उत्सर्जन हुन्छ । त्यसैले ताराहरूको आफ्नै ताप र प्रकाशको स्रोत हुन्छ । सूर्य पनि मध्यम आकारको तारा हो ।

हामीले आकाशमा हेर्दा अनगिन्ती ताराहरू झिलमिलाईरहेका देख्छौँ । यहाँबाट धेरै टाढा भएकाले ती साना प्रकाश बिन्दुमात्र देखिएका छन् तर तिनीहरूको आकार धेरै विशाल हुन्छ । सूर्य एक मध्यम आकारको तारा हो । ताराहरूको जीवन त्यसको पिण्ड अर्थात् त्यससँग रहेको पदार्थको मात्रामा निर्भर गर्छ । जति धेरै पिण्ड उति नै धेरै नाभिकीय संयोजन र उति धेरै शक्ति उत्सर्जन र त्यति नै छिटो ताराको आयु हुन्छ । अर्थात् जति ठूलो तारा त्यति नै छोटो आयु ।

तारामा दुई बलहरूका बीच सधैँ द्वन्द्व हुन्छ । एक ताराको आफ्नो गुरुत्वबलले तारालाई केन्द्रमा खुम्च्याउन खोज्छ भने नाभिकीय संयोजनबाट उत्पन्न शक्तिले तारालाई बाहिरतिर फैलाउन खोज्छ । तारामा रहेको इन्धन हाइड्रोजन र हेलियम नाभिकीय संयोजन हुँदै जाँदा ती अन्य तत्त्वमा परिवर्तित हुँदै जान्छन् । जस्तो हाइड्रोजन संयोजित हुँदा हेलियम, हेलियम संयोजित हुँदा कार्बन, कार्बन र हेलियम संयोजित हुँदा अक्सिजनको रचना हुँदै जान्छ ।

यो प्रक्रियामा जति पिण्डको क्षय हुन्छ त्यो शक्तिको रूपमा उत्सर्जित हुन्छ जसलाई आइन्स्टाइनको प्रसिद्ध समीकरण E = MC² ले व्याख्या गर्छ । जसमा जुन नाभिकीय संयोजन हुँदा जुन पिण्ड क्षय हुन्छ त्यो विशाल शक्तिको रूपमा उत्सर्जित हुन्छ । बिस्तारै ताराको केन्द्रमा नाभिकीय संयोजन गर्न योग्य इन्धन हाइड्रोजन हेलियमहरू सकिँदै जान्छन् र फलाम जस्ता तत्त्वको मात्रा बढ्दै जान्छ। ताराले फलामलाई नाभिकीय संयोजनको प्रक्रियामा लैजान सक्दैन किनकि फलाम भन्दा गह्रौँ तत्त्वहरू यति धनात्मक आवेश (positively charged) हुन्छन् कि उनीहरूलाई एकठाउँमा ल्याउन धेरै विशाल शक्तिको आवश्यकता हुन्छ । त्यसपछि तारा जीवनको अर्को चक्रमा प्रवेश गर्छ । त्यसको प्रकार ताराको आकार र पिण्डमा भर पर्छ ।

ताराको मृत्यु

ताराको केन्द्रमा जब नाभिकीय संयोजन (Nuclear Fusion) को योग्य इन्धन हाइड्रोजन र हेलियम सकिँदै जान्छन् तब गुरुत्वले तारालाई केन्द्रतिर खुम्च्याउन थाल्छ किनभने बाहिर फैलाउने बल कमजोर हुँदै जान्छ । त्यति बेला ताराको पिण्डको परिमाणले ताराको मृत्युको प्रकारलाई निर्धारण गर्छ । कुनै Supernova भएर विस्फोट हुन्छन् भने कुनै आफ्नो आकारलाई बढाउँदै विशाल रातो तारा (Red Giant) हुन्छन् भने कुनै न्युट्रोनले मात्र बनेको अति सघन तारामा परिणत हुन्छन् त कुनै कृष्ण विवर (Black Hole) बन्न पुग्छन् ।

Evolution of Stars (ताराहरूको जीवन)

सुपरनोभा Supernova

सूर्यभन्दा कम्तीमा दश गुणा बढी पिण्ड भएका विशाल ताराहरूको हकमा जब केन्द्रमा हाइड्रोजन र हेलियमको अभावमा नाभिकीय संयोजन प्रक्रिया रोकिन्छ तब यसको विशाल गुरुत्व बलले तारालाई खुम्च्याउन थाल्छ तब त्यहाँ विशाल विस्फोट हुन्छ । त्यस विस्फोटलाई Supernova भनिन्छ । यस प्रकारको विस्फोटमा यति विशाल शक्ति उत्सर्जन हुन्छ कि पहिला संयोजन गर्न असम्भव भएका तत्त्वहरू संयोजित भएर अझै भारी तत्त्वहरूको सृजना हुन्छ । यो प्रक्रियामा एउटा संयोजन हुँदा उत्सर्जित शक्ति अर्को संयोजनका लागि कारक हुँदै एउटा श्रेणीबद्ध तवरले अघि बढ्छ ।

Eta Carina Supernova Explosion

अक्सिजन(Oxygen:O), अल्मुनियम (Aluminum: Al) , सिलिकन (Silicone :Si), म्याग्नेसियम (Magnesium: Mg), सोडियम (Sodium: Na), क्याल्सियम (Calcium: Ca), फलाम (Iron : Fe) आदि तत्त्वहरूको रचना हुन्छ । यस प्रक्रियालाई हामी Supernova Nucleosynthesis भन्छौ ।

गङ्गटो निहारिका(crab nebula) १०५४ ई.पू. मा देखिएको थियो जुन जापानी तथा चिनियाँहरूले पाहुना तारा(Guest Star) भनेर उल्लेख गरेका छन् ।

 न्युट्रोन तारा (Neutron Star)

१०५४ ई.पू. मा एउटा विशाल तारा आफ्नो इन्धनको समाप्तिसँगै विस्फोट भएको थियो जसलाई पृथ्वीबाट समेत कैयौँ दिनसम्म दिनको उज्यालोमा नै देख्न सकिन्थ्यो र चिनियाँहरूले त्यो विस्फोट (Supernova) लाई नयाँ ताराका रूपमा चित्रित गरेका थिए । एक्कासी आकाशमा नयाँ निकै चहकिलो तारा देखा परेपछि चिनियाँ तथा जापानीहरूले त्यसलाई पाहुना ताराका रूपमा उल्लेख गरेका छन् । अहिले त्यसलाई हामी Crab Nebula को रूपमा चिन्छौ जुन ६५०० प्रकाशवर्षको दूरीमा रहेको वृष तारामण्डलमा पर्छ ।

सूर्यको पिण्डभन्दा दशदेखि पच्चीस गुणा बढी पिण्ड भएका ताराहरूको केन्द्रमा जब त्यही प्रक्रिया हुन्छ अर्थात् हाइड्रोजन हेलियमको अभावमा नाभिकीय संयोजन प्रक्रिया रोकिन्छ तब ताराको केन्द्रको गुरुत्वले तारालाई खुम्च्याउँदै लैजान्छ र विशाल विस्फोटन Supernova हुन्छ । त्यसपछि त्यो तारा खुम्चिँदै गएर मात्र १० किमी व्यास भएको लगभग पूरै न्युट्रोन (Neutron: जो अणुको केन्द्रमा भएको विद्युत् आवेशविहीन कण) ले मात्र बन्छ।

यो तारा यति सघन हुन्छ कि चिनीको दाना जति न्युट्रोन ताराको पदार्थको तौल १० करोड टन हुन्छ १० किमी व्यास भएको न्युट्रोन तारा सूर्यभन्दा २/३ गुणा बढी पिण्ड भएको हुन्छ । त्यही आकारको ताराको चुम्बकीय क्षेत्र पृथ्वीको  भन्दा २ खर्ब बढी शक्तिशाली हुन्छ र यो आफ्नै अक्षमा प्रति मिनेट ४३००० पटक घुम्छ । त्यस्तो तारा घुम्दा यसको दुई ध्रुवबाट उच्च शक्ति बोकेका Gamma प्रकाशका किरणहरू निस्कन्छन् । यसलाई हामी Pulsar भन्छौँ ।

पल्सर (Pulsar) :तीव्र गतिमा घुमिरहेको न्युट्रोन तारा

त्यस्ता सघन ताराहरू जब एक आपसमा परिक्रमा गर्दै ठोक्किएर आपसमा समाहित हुन्छन् त्यस बेला उत्सर्जित हुने विशाल ऊर्जा तथा अति शक्तिशाली चुम्बकीय क्षेत्रले अझै भारी तत्त्वहरूको नाभिकीय संयोजन गरेर झन् भारी तत्त्वहरूको सृजना हुन्छ जुन सामान्य Supernova विस्फोटले रचना गर्न सकेको थिएन ।

२०१६ मा १३  करोड प्रकाश वर्षको दूरीमा आकाशगङ्गा Galaxy NGC 4993 जुन Hydra Constellation अन्तर्गत पर्छ त्यहाँ यही घटना घटेको थियो । त्यसबाट उत्पन्न उच्चशक्ति विकिरण र विस्फोटनलाई NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope को सहायताले अवलोकन गरिएको थियो भने त्यसबाट विस्तारित गुरुत्व तरङ्गलाई (Gravitational Wave) The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)बाट महसुस गरेका थियौँ । अल्बर्ट आइन्स्टाइनको गुरुत्व तरङ्गको सिद्धान्त जसमा उनले एक शताब्दीअघि गुरुत्व पनि तरङ्गका रूपमा अन्तरिक्षमा यात्रा गर्छ भनेर परिकल्पना गरिइको थियो त्यो त्यस बेला प्रमाणित भएको थियो ।

ती दुई न्युट्रोन ताराहरू एक आपसमा समाहित हुँदा विशाल मात्रामा सुन (Gold: Au) को रचना भएको त्यस बेलाका अध्ययनहरूले देखाएका थिए । यसरी न्युट्रोन ताराहरू एक आपसमा समाहित हुँदा भारी तत्त्वहरू जस्तो चाँदी (Silver: Ag), प्लाटिनम (Platinum: Pt), लेड (Lead: Pb), पारो (Mercury: Hg) देखि युरेनियम (Uranium: U), प्लुटोनियम (Plutonium: Pu) जस्ता धेरै भारी तत्त्वहरूको सृजना हुन्छ ।

सेतो फुच्चे तारा ( White Dwarf)

हाम्रो सूर्य जस्ता ताराहरूको केन्द्रमा जब नाभिकीय संयोजनका लागि चाहिने हाइड्रोजन र हेलियमको इन्धन सकिन्छ तब ठूला ताराहरू जस्तो यो Supernova विस्फोट हुने या न्युट्रोन तारा बन्ने या कृष्ण विवर (Black Hole) हुने गर्न सक्दैन । हाम्रो Milky way आकाशगङ्गा (Galaxy) मा झन्डै ९७ % ताराहरू यस्तै हुन् । जब यिनीहरूले आफ्नो हाइड्रोजन हिलियमको परिमाणलाई नाभिकीय संयोजन गर्दै कार्बन र अक्सिजनमा रूपान्तरण गर्छन् तब यी ताराहरू फैलिएर विशाल रातो तारामा परिणत हुन्छन् ।

यसको बाहिरी आवरणमा ताराको गुरुत्वशक्ति कमजोर हुँदा त्यो स्वतन्त्र भएर फुस्किन्छ र एक ग्यास र धुलाको बादलमात्र रहन्छ त्यसलाई (Planetary Nebula) भनिन्छ तर केन्द्रमा एकदम तीव्रगतिमा हेलियम नाभिकीय संयोजन हुँदै धमाधम कार्बनमा परिणत हुन्छ जसलाई Triple Alfa Process भनिन्छ ।  बाँकी रहेको सानो तर सघन केन्द्रमा कार्बन र अक्सिजन मात्र रहन्छन् जसबाट लामो समयसम्म सेतो प्रकाश निस्कन्छ  त्यसलाई White Dwarf तारा भनिन्छ । हाम्रो सूर्य पनि करिब 6 अर्ब वर्षपछि त्यस्तै Red Giant तारा जसको फैलावट बृहस्पतिसम्म पुग्छ अनि खुम्चिएर पृथ्वी जत्रै भएर White Dwarf Star मा परिणत हुनेछ ।

Cat’s eye Nebula: बीचमा white dwarf तारा

यो White Dwarf Star ले आफ्नो साथी ताराबाट पदार्थहरू लिन पायो भने यो पनि अस्थिर हुन्छ र आणविक बमजस्तै विस्फोट हुन्छ त्यसमा पनि केही तत्त्वहरू सृजित हुन्छन् जस्तै- लिथियम (Lithium) म्याङ्गानिज (Manganese: Mn), तामा (Copper: Cu) आदि । White Dwarf ताराको जीवनका सम्बन्धमा धेरै परिकल्पनाहरू छन् । जस्तो कि उच्च चाप र कार्बनको उपलब्धताले यो हीराको ग्रहमा(Diamond Planet) परिवर्तित हुन पनि सक्छ । हीरा शुद्ध कार्बनको विशेष संरचना हो ।

white dwarf star

पृथ्वीबाट सबैभन्दा बढी चहकिलो देखिने तारा Sirius हो त्यो दोहोरो तारा प्रणाली (Binary Star System) हो यसको साथी तारा Sirius B एउटा White Dwarf Star हो, जुन ८ प्रकाश वर्षको दूरीमा छ । रातो विशाल ताराहरूमा वृष तारामण्डल (Taurus Constellation)को Alderman, शिकारी तारामण्डल (Orion Constellation) को Betelgeuse आदि छन् ।

Red Giant Star

यसरी Big Bang बाट सृजित हाइड्रोजन र हेलियम तत्त्वहरू विभिन्न किसिमका ताराहरूमा रूपान्तरित हुँदै आखिर ताराहरूले आफ्नो जीवनको अन्त्य गर्दा अझ भारी तत्त्वहरू हुँदै जान्छन् । त्यही Big Bang बाट निर्मित हाइड्रोजन हेलियमदेखि ताराहरूको नाभिकीय संयोजन प्रक्रियाबाट निर्मित कार्बन, अक्सिजनहरू, सेता फुच्चे ताराहरूको विस्फोटमा निर्मित फलाम, तामा, म्याङ्गानिज, विशाल ताराहरूले सुपरनोभा विस्फोटको क्रममा उत्पन्न सोडियम, क्याल्सियम, अल्मुनियम आदि र न्युट्रोन ताराहरू एकआपसमा मिल्दा उत्पन्न हुने सुन, चाँदी, प्लाटिनम देखि यूरेनियम र प्लुटोनियमहरूले हाम्रो शरीरदेखि पृथ्वी तथा सौर्यमण्डलको प्रत्येक वस्तुको निर्माण भएको छ ।

Periodic Table: कुन तत्त्व कसरी सृजित भयो

यहाँ अवस्थित सबै जीवित तथा निर्जीव वस्तुहरू मात्र नभई हामीले देख्ने आँखादेखि हामीले सोच्ने मस्तिष्कका कोषहरू पनि यिनै तत्त्वहरूबाट बनेका छन् । त्यसैले आकाशलाई निहार्दा झिलिमिली गरिरहेका ती साना प्रकाशबिन्दुहरूले आफ्नो जीवनको अन्त्य गर्दा हाम्रो संसार बनेको हो । त्यसैले हामी तिनै ताराहरूका अंश हौँ । We all are stardust .