आकाशगंगा की डिस्क मोटी पैदा हुई और चपटी होने में 3 अरब साल लगे

आकाशगंगा (Milky Way) की शुरुआत आज हम जिस पतली, चपटी डिस्क को देखते हैं, उस रूप में नहीं हुई थी। सूर्य के आसपास के तारों की सटीक आयु बताती है कि गैलेक्सी की पहली डिस्क गैस और युवा तारों की एक मोटी, उथल-पुथल भरी परत थी, और यह तेज़ी से चपटी हुई, फिर इसकी गति बेहद धीमी हो गई जो आज भी जारी है।

इससे उस सवाल का जवाब मिलता है जिस पर खगोलविद चार दशकों से बहस कर रहे थे: क्या आकाशगंगा की मोटी डिस्क के पुराने तारे समतल से ऊपर पैदा हुए थे, या वे चपटे पैदा हुए और बाद में सर्पिल भुजाओं, गैस बादलों और गैलेक्टिक बार द्वारा ऊपर की ओर धकेल दिए गए? नए माप स्पष्ट रूप से पहले उत्तर की ओर इशारा करते हैं, कम से कम गैलेक्सी की युवावस्था के लिए।

यह परिणाम क्रोनोगैल (ChronoGal) से आया है, जो टेनेरिफ़ में इंस्टीट्यूटो डी एस्ट्रोफ़िसिका डी कैनारियास (IAC) की एक परियोजना है, जो यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी के गैया (Gaia) उपग्रह के डेटा को तारों की आयु में बदलती है। इसके प्रमुख लेखक, IAC के प्री-डॉक्टोरल शोधकर्ता डेविड मिराबल (David Mirabal) ने इसे “गैलेक्सी के प्रारंभिक चरण के दो मॉडलों में से एक के पक्ष में पहला स्पष्ट अवलोकन संबंधी साक्ष्य” बताया।

ये दो चरण बिल्कुल अलग हैं। पहले चरण में, मध्य-तल के ऊपर डिस्क के तारों की सामान्य ऊँचाई लगभग 2 अरब वर्षों में 4,100 प्रकाश-वर्ष से अधिक से घटकर लगभग 1,600 प्रकाश-वर्ष रह गई। लगभग 10.85 अरब वर्ष पहले एक मोड़ के बाद, पतला होने की गति लगभग पचास गुना धीमी हो गई, और अब नवीनतम तारे लगभग 400 प्रकाश-वर्ष मोटी परत में बन रहे हैं।

कैसे गैया की आयु ने 40 साल पुरानी बहस को माप में बदल दिया

गैया ने एक अरब से अधिक तारों की स्थिति, गति और चमक मापी है, लेकिन यह उनमें से किसी पर भी आयु की मोहर नहीं लगाता। क्रोनोगैल सांख्यिकीय रूप से आयु प्राप्त करता है। टीम एक रंग-चमक आरेख (colour-magnitude diagram) बनाती है, जो यह दर्शाता है कि प्रत्येक तारा कितना चमकीला और कितना नीला या लाल है, और इसे तारकीय विकास मॉडल से ज्ञात आयु और रसायन वाले कृत्रिम तारों के साथ फिट करती है। सबसे अच्छा संयोजन उन्हें बताता है कि प्रत्येक आयु और धात्विकता पर कितने तारे बने।

यह विधि 5% से बेहतर आयु सटीकता प्राप्त करती है, जिसका अर्थ है कि 10 अरब वर्ष से अधिक पुराने तारों के लिए भी लगभग 500 मिलियन वर्ष की त्रुटि है। यह सटीकता ही पूरी कहानी है। पहले के अध्ययनों ने तारों को रसायन के आधार पर समूहित किया, जो आयु के विकल्प के रूप में था, और इन समूहों ने बहुत अलग-अलग आयु के तारों को मिला दिया, जिससे ठीक उन प्रारंभिक, तीव्र परिवर्तनों को धुंधला कर दिया जिसकी यह टीम तलाश कर रही थी।

शोधकर्ताओं ने सूर्य पर केंद्रित दो सिलिंडरों में काम किया: एक लगभग 815 प्रकाश-वर्ष त्रिज्या वाला ठंडी, चपटी कक्षाओं वाले तारों के लिए, और दूसरा लगभग 2,450 प्रकाश-वर्ष त्रिज्या वाला गर्म, अधिक झुकी हुई कक्षाओं वाले तारों के लिए। उन्होंने दोनों को समतल से लगभग 3,260 प्रकाश-वर्ष ऊपर और नीचे तक आठ परतों में काटा, धूल या गैया के लिए बहुत धुंधले होने के कारण खोए गए प्रत्येक तारे के लिए सुधार किया, और परिणामों को उन आबादी में समूहित किया जो एक आयु और एक धात्विकता साझा करते हैं।

प्रत्येक आबादी के लिए उन्होंने फिर स्केल हाइट (scale height) मापी, जो इस बात का एक मानक पैमाना है कि पतला होने से पहले इसके तारे समतल से कितनी दूर तक फैले हुए हैं। स्केल हाइट को आयु के विरुद्ध आलेखित करने पर दो सीधी रेखाएँ मिलीं जिनके बीच एक तीव्र मोड़ था। डेटा पर फिट किए गए एक मॉडल ने इस मोड़ को 10.85 अरब वर्ष पहले रखा, जिसमें लगभग 130 मिलियन वर्ष का अंतर हो सकता है।

फूला हुआ पैदा हुआ, हिलाकर अलग नहीं हुआ

दो विचार प्रतिस्पर्धा में थे। हीटिंग मॉडल (heating model) में, तारे हमेशा एक पतली, ठंडी परत में पैदा होते हैं, और अरबों वर्षों में गैस बादलों, सर्पिल भुजाओं और बार के साथ मुठभेड़ उनकी कक्षाओं को ऊपर उठा देती है, इसलिए पुराने तारे केवल इसलिए ऊंचे बैठते हैं क्योंकि उन्हें अधिक समय तक हिलाया गया है। अपसाइड-डाउन मॉडल (upside-down model) में, युवा गैलेक्सी की गैस स्वयं अशांत और मोटी थी, इसलिए पहले तारे ऊंचे पैदा हुए, और प्रत्येक बाद की पीढ़ी एक शांत, पतली परत में बनी।

हीटिंग धीमी और स्थिर है। यह आसानी से एक ऐसी डिस्क की व्याख्या नहीं कर सकता जिसने लगभग 2 अरब वर्षों में अपनी आधी से अधिक मोटाई खो दी, खासकर एक युवा गैलेक्सी में जो अभी भी छोटी गैलेक्सियों को निगल रही थी, जिससे वह गर्म बनी रहनी चाहिए थी। आखिरी बड़ी टक्कर, गैया-सॉसेज-एन्सेलाडस (Gaia-Sausage-Enceladus) नामक एक बौनी गैलेक्सी के साथ, लगभग 10 अरब वर्ष पहले हुई थी, लगभग उसी समय जब तेज़ चरण समाप्त हुआ था। लेखकों का निष्कर्ष है कि पूरा अशांत, अपसाइड-डाउन चरण लगभग 3 अरब वर्ष तक चला।

यह तुलना पैमाने को महसूस करना आसान बनाती है। अध्ययन में सबसे पुरानी आबादी मोटी डिस्क की सामान्य पाठ्यपुस्तक स्केल हाइट लगभग 2,900 प्रकाश-वर्ष से अधिक फैली हुई है। सूर्य, जो लगभग 4.6 अरब वर्ष पहले पैदा हुआ, शांत चरण से संबंधित है, जब जमने की दर घटकर लगभग 120 प्रकाश-वर्ष प्रति अरब वर्ष रह गई थी। लेखकों के शब्दों में, फूले हुए सबसे पुराने तारे “प्रारंभिक गैलेक्सी के संयोजन चरण का एक संरचनात्मक जीवाश्म” हैं।

यह पैटर्न ब्रह्मांडीय सिमुलेशन से भी मेल खाता है। आकाशगंगा जैसी गैलेक्सियों के मॉडल, जिनमें FIRE-2 रन शामिल हैं, एक विस्फोटक, अराजक प्रारंभिक युग की भविष्यवाणी करते हैं जिसमें तारे अव्यवस्थित कक्षाओं पर पैदा होते हैं, उसके बाद एक तेज़ी से ढहकर एक घूर्णनशील पतली डिस्क में बदल जाते हैं। इस वर्ष एक अलग अध्ययन ने उस क्षण की तिथि निर्धारित की जब आकाशगंगा ने एक डिस्क के रूप में घूमना शुरू किया, लगभग 12 अरब वर्ष पहले, एक विस्तृत अंतराल के साथ, जो तेज़ पतलेपन की शुरुआत में फिट बैठता है।

तारों की आयु क्या तय नहीं करती

यह माप केवल सौर पड़ोस, सूर्य के आसपास कुछ हज़ार प्रकाश-वर्ष तक ही सीमित है। आकाशगंगा लगभग 100,000 प्रकाश-वर्ष चौड़ी है, और भीतरी और बाहरी डिस्क अलग-अलग समय पर जमी हो सकती हैं। आंतरिक गैलेक्सी से प्रवासित तारे, जो असामान्य रूप से धातुओं से भरपूर हैं, उन्हें फिट से बाहर रखा गया क्योंकि वे स्थानीय प्रवृत्ति का पालन नहीं करेंगे।

तेज़ प्रारंभिक चरण कुछ ही बिंदुओं पर टिका है। पुरानी आयु वाली ढलान पर अनिश्चितता बड़ी है: तेज़ चरण में जमने की दर सबसे अच्छे अनुमान से लगभग 45% कम या 75% अधिक हो सकती है। दो सबसे पुरानी आबादी के लिए, टीम केवल स्केल हाइट पर निचली सीमाएँ निर्धारित कर सकी, और गर्म नमूने में कुछ आबादी को हाथ से अलग करना पड़ा, हालांकि लेखकों ने डेटा को समान रूप से विभाजित करने पर भी यही निष्कर्ष बताया है।

हीटिंग को भी खारिज नहीं किया गया है। शांत चरण के लिए, क्रमिक पतलापन दोनों मॉडलों में समान रूप से फिट बैठता है। सिमुलेशन बताते हैं कि दोनों प्रक्रियाएँ एक साथ काम करती हैं, जिसमें हीटिंग आयु के साथ स्केल हाइट में समग्र वृद्धि में 30% से 40% का योगदान देता है। और अध्ययन में प्रत्येक आयु तारकीय विकास मॉडल पर निर्भर करती है, इसलिए उन मॉडलों में एक व्यवस्थित त्रुटि पूरी समयरेखा को स्थानांतरित कर देगी।

आकाशगंगा की मोटी और पतली डिस्क के बारे में सामान्य प्रश्न

आकाशगंगा की मोटी डिस्क क्या है?

यह पुराने तारों की एक अधिक फूली हुई परत है जो पतली डिस्क को ओवरलैप करती है जहाँ सर्पिल भुजाएँ और अधिकांश युवा तारे स्थित हैं। इसके तारे आमतौर पर लगभग 10 अरब वर्ष से अधिक पुराने, धातुओं में गरीब और अधिक झुकी हुई कक्षाओं पर होते हैं। नया अध्ययन बताता है कि यह पहले बनी, अशांत गैस से, बाद में पतली डिस्क से गर्म होने के बजाय।

खगोलविद किसी तारे की आयु कैसे मापते हैं?

एकल तारों के लिए यह कठिन है, क्योंकि तारे का रंग और चमक अरबों वर्षों में धीरे-धीरे बदलती है। क्रोनोगैल एक साथ तारों के बड़े नमूनों के रंग और चमक को तारकीय मॉडलों के विरुद्ध फिट करता है, जो पूरी आबादी के लिए 5% से बेहतर आयु प्रदान करता है, जो सबसे पुराने तारों के लिए लगभग 500 मिलियन वर्ष है।

आकाशगंगा की डिस्क कितनी मोटी है?

यह तारों की आयु पर निर्भर करता है। नवीनतम तारे एक ऐसी परत में बनते हैं जिसकी स्केल हाइट लगभग 400 प्रकाश-वर्ष है, जबकि इस अध्ययन में सबसे पुरानी आबादी 4,100 प्रकाश-वर्ष से अधिक तक पहुँचती है। गैलेक्सी स्वयं लगभग 100,000 प्रकाश-वर्ष चौड़ी है, इसलिए मोटी डिस्क भी अपनी चौड़ाई के लिए पतली है।

अपसाइड-डाउन निर्माण का क्या अर्थ है?

इसका मतलब है कि डिस्क ऊपर से नीचे बनी: पहले तारे गैस की एक मोटी, अशांत परत में पैदा हुए, और प्रत्येक बाद की पीढ़ी एक पतली, शांत परत में बनी। इसके विपरीत विचार यह है कि प्रत्येक तारा पतला पैदा हुआ और समय के साथ ऊपर की ओर बहता गया।

आगे क्या होगा

यह पेपर 16 अक्टूबर 2026 को द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स (The Astrophysical Journal Letters) में प्रकाशित हुआ, और IAC ने 19 अक्टूबर को इस परिणाम की घोषणा की। क्रोनोगैल को यूरोपियन रिसर्च काउंसिल एडवांस्ड ग्रांट द्वारा वित्त पोषित किया गया है और उसने पहले ही उसी गैया पद्धति को आंतरिक गैलेक्सी और सबसे पुराने डिस्क तारों पर लागू कर दिया है।

अगली परीक्षा 2 दिसंबर 2026 को आएगी, जब ESA गैया डेटा रिलीज़ 4 (Gaia Data Release 4) प्रकाशित करेगा, जिसमें 5.5 वर्षों के अवलोकन शामिल होंगे। अधिक दूर के तारों के लिए तेज दूरियों और गतियों से टीमों को यह जांचने में मदद मिलनी चाहिए कि क्या 10.85 अरब वर्ष पहले का मोड़ सूर्य के पड़ोस से परे दिखाई देता है, या क्या गैलेक्सी कहीं और एक अलग घड़ी पर जमी है।

संदर्भ: Mirabal et al., “A Two-stage Settling of the Milky Way Disk Revealed by Precise ChronoGal Ages,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aeb0a3

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