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The SRG/eROSITA diffuse soft X-ray background II. spectra and morphology of the eROSITA bubbles in the western Galactic hemisphere

यह अध्ययन पश्चिमी ईरोसिटा (eROSITA) बबल्स को उप-सौर प्रचुरता और एक झुकी हुई ज्यामिति वाले दो-घटक गर्म गैस संरचनाओं के रूप में चरित्रित करने के लिए SRG/eROSITA स्पेक्ट्रल और रूपात्मक डेटा का उपयोग करता है, जबकि उन्हें नॉर्थ पोलर स्पर (North Polar Spur) से अलग करता है और फर्मी बबल्स (Fermi Bubbles) के साथ उनके सहसंबंध की कमी की पुष्टि करता है।

मूल लेखक: Michael C. H. Yeung, Martin G. F. Mayer, Andy Strong, Michael J. Freyberg, Gabriele Ponti, Konrad Dennerl, Junjie Mao, Manami Sasaki, Xueying Zheng, Jeremy S. Sanders, Yi Zhang, Jiejia Liu, Liyi Gu, W

प्रकाशित 2026-05-06

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Michael C. H. Yeung, Martin G. F. Mayer, Andy Strong, Michael J. Freyberg, Gabriele Ponti, Konrad Dennerl, Junjie Mao, Manami Sasaki, Xueying Zheng, Jeremy S. Sanders, Yi Zhang, Jiejia Liu, Liyi Gu, Werner Becker, Frank Haberl, Teng Liu, Andrea Merloni, Peter Predehl

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि हमारी मिल्की वे आकाशगंगा तारों का एक विशाल, घूमता हुआ शहर है। लंबे समय तक, खगोलविदों को लगा कि यह शहर अपेक्षाकृत शांत था। लेकिन 2020 में, eROSITA नामक एक नए अंतरिक्ष टेलीस्कोप (जो SRG नामक उपग्रह का हिस्सा है) ने हमारे गैलेक्टिक शहर के बिल्कुल केंद्र से फूटते हुए गर्म गैस के दो विशाल, भूतिया बुलबुलों की खोज की। ये eROSITA बुलबुले (eROSITA bubbles) हैं।

यह शोध पत्र इन बुलबुलों के पश्चिमी आधे हिस्से पर एक विस्तृत जासूसी रिपोर्ट की तरह है। वैज्ञानिकों ने इन बुलबुलों के अंदर और आसपास की गैस का क्या है, वह कितनी गर्म है, और वे कहाँ से आई हैं, यह समझने के लिए टेलीस्कोप का उपयोग करके "एक्स-रे फोटो" और "स्पेक्ट्रल फिंगरप्रिंट्स" (वर्णक्रमीय छाप) लिए।

यहाँ उनके निष्कर्षों का सरल उपमाओं (analogies) का उपयोग करके विवरण दिया गया है:

1. गर्म गैस का "दो-परत वाला केक" (Two-Layer Cake)

जब वैज्ञानिकों ने बुलबुलों के अंदर की गैस को देखा, तो उन्हें उम्मीद थी कि यह एक समान तापमान वाली होगी, जैसे कि गर्म सूप की एक एकल परत। इसके बजाय, उन्हें यह एक दो-परत वाले केक की तरह मिली:

निचली परत (ठंडी परत): यह गैस का मुख्य हिस्सा है। खगोलीय संदर्भ में यह "ठंडी" है, लगभग 2 मिलियन डिग्री (0.2 keV)। यह बहुत घनी है, जिसका अर्थ है कि इसमें बहुत अधिक मात्रा है।
ऊपरी परत (गर्म परत): इसके ऊपर एक पतली, बहुत अधिक गर्म परत तैर रही है, जो लगभग 7 मिलियन डिग्री (0.6 keV) है।

उपमा: एक चूल्हे पर रखे पानी के बर्तन की कल्पना करें। नीचे का पानी उबल रहा है (ठंडी परत), लेकिन ठीक उसके ऊपर, भाप की एक परत है जो बहुत अधिक गर्म है (गर्म परत)। वैज्ञानिकों ने पाया कि "उबलने वाली" परत "भाप" वाली परत की तुलना में लगभग पांच गुना अधिक द्रव्यमान वाली है।

2. गैस की "नुस्खा" या संरचना (The "Recipe" of the Gas)

गैस से आने वाले प्रकाश का विश्लेषण करके, वैज्ञानिक बता सके कि इसमें कौन से तत्व मौजूद थे।

परिणाम: गैस "सब-सोलर" (sub-solar) है, जिसका अर्थ है कि इसमें हमारे सूर्य की तुलना में भारी तत्वों (जैसे लोहा, ऑक्सीजन और नियॉन) की कमी है। यह धातुओं के मामले में सूर्य के मुकाबले केवल 10% से 30% तक ही "समृद्ध" है।
रहस्य: उन्हें एक हल्का संकेत मिला कि उम्मीद से अधिक नियॉन (Neon) मौजूद है।
सुराग: यह "नुस्खा" बताता है कि यह गैस संभवतः आकाशगंगा के सामान्य हेलो (तारों के बीच का स्थान) से आती है, न कि हमारे पास ही किसी विशाल तारे के विस्फोट से ताज़ा बनी है। हालाँकि, नॉर्थ पोलर स्पर (North Polar Spur) (उत्तरी बुलबुले के किनारे पर एक चमकीला चाप) का नुस्खा अलग और अधिक समृद्ध है, जो बताता है कि इसकी उत्पत्ति अलग हो सकती है, शायद पास के किसी तारा-निर्माण क्षेत्र से।

3. "ठंडा कवच" का रहस्य (The "Cool Shell" Mystery)

उत्तरी बुलबुले के चारों ओर, वैज्ञानिकों को गैस का एक विशिष्ट "कवच" (shell) मिला जो मुख्य बुलबुले की गैस से भी अधिक ठंडा है।

प्रश्न: क्या यह कवच बड़े बुलबुले का हिस्सा है, या यह एक अलग वस्तु है जो इसके सामने स्थित है?
सिद्धांत: एक विचार यह है कि यह कवच वास्तव में लूप I (Loop I) नामक एक बहुत पुराने, छोटे बुलबुले का हिस्सा है, जो हमारे पड़ोस में एक स्थानीय संरचना है (केवल 100-150 प्रकाश वर्ष दूर)। एक दूर स्थित विशाल गुब्बारे को देखने की कल्पना करें, लेकिन उसके सामने एक छोटी, पारदर्शी प्लास्टिक की शीट तैर रही है। "ठंडा कवच" वह प्लास्टिक की शीट हो सकता है, न कि वह विशाल गुब्बारा।

4. आकार: एक झुका हुआ, असममित गुब्बारा (A Tilted, Asymmetric Balloon)

वैज्ञानिकों ने एक 3D मॉडल बनाने की कोशिश की कि ये बुलबुले अंतरिक्ष में वास्तव में कैसे दिखते हैं, न कि केवल एक 2D मानचित्र पर कैसे दिखाई देते हैं।

झुकाव: उत्तरी बुलबुला सीधा खड़ा नहीं है; यह झुका हुआ है। यह पश्चिम की ओर और थोड़ा हमारी ओर (हमारे सौर मंडल की ओर) झुका हुआ है।
असममिति: दक्षिणी बुलबुला अलग है। यह उतना नहीं झुकता है और इसका आकार भी अलग प्रतीत होता है।
"कैप" (टोपी) की समस्या: वैज्ञानिकों को यह बताने में बहुत कठिनाई हुई कि बुलबुले कितने ऊंचे हैं। क्योंकि हम गैलेक्टिक डिस्क के भीतर रह रहे हैं (जैसे कि कमरे के फर्श पर बैठकर छत को देखना), हम बुलबुलों के "ऊपरी हिस्से" को स्पष्ट रूप से नहीं देख सकते। सबसे ऊपर की गैस इतनी पतली और धुंधली है कि वह अदृश्य है। यह एक धुंधले पहाड़ की ऊंचाई का अनुमान लगाने जैसा है जब आप केवल उसके आधार को देख सकते हैं; शिखर 1,000 फीट ऊँचा भी हो सकता है या 10,000 फीट भी, और एक्स-रे डेटा अंतर नहीं बता सकता।

5. वे वहाँ कैसे पहुँचे? (इंजन)

बुलबुले विशाल और ऊर्जावान हैं। इन्हें फुलाने के लिए, लाखों साल पहले आकाशगंगा के केंद्र में कुछ शक्तिशाली हुआ होगा।

उम्मीदवार:
1. ब्लैक होल: हमारी आकाशगंगा के केंद्र में स्थित सुपरमैसिव ब्लैक होल (Sagittarius A*) ने कुछ मिलियन साल पहले एक "डकार" ली होगी या ऊर्जा की एक जेट छोड़ी होगी, जिसने इन बुलबुलों को एक विशाल एयर हॉर्न की तरह फुला दिया।
2. तारा शक्ति (Star Power): वैकल्पिक रूप से, तारा निर्माण का एक बड़ा विस्फोट (एक "स्टारबर्स्ट") ने पर्याप्त तारकीय हवाएं और सुपरनोवा पैदा किए होंगे जो गैस को बाहर धकेल सके।
फैसला: डेटा अभी तक स्पष्ट रूप से किसी एक विजेता को नहीं चुन पाया है। हालाँकि, तथ्य यह है कि गैस अपेक्षाकृत ठंडी है और बुलबुले झुके हुए हैं, जो "ब्लैक होल जेट" सिद्धांत को तर्कसंगत बनाता है, लेकिन "स्टारबर्स्ट" सिद्धांत भी संभव है यदि बहिर्वाह (outflow) आसपास की गैस द्वारा आकार दिया गया हो।

सारांश

संक्षेप में, यह शोध पत्र बताता है कि eROSITA बुलबुले गर्म गैस के विशाल, दो-परत वाले ढांचे हैं जो हमारे आकाशगंगा के केंद्र से निकल रहे हैं। वे "तारा-विहीन" सामग्री से बने हैं, झुके हुए हैं, और अपने उत्तरी कवच में एक छोटे, पुराने बुलबुले (लूप I) को छिपाए हुए हो सकते हैं। जबकि हम जानते हैं कि वे वहाँ हैं और वे किस चीज से बने हैं, सटीक "इंजन" जिसने उन्हें फुलाया और उनकी वास्तविक 3D ऊंचाई अभी भी एक रहस्य बनी हुई है, ठीक वैसा ही जैसे जमीन से एक बादल के आकार का अनुमान लगाना।

तकनीकी सारांश: SRG/eROSITA विसरित कोमल एक्स-रे बैकग्राउंड II। पश्चिमी गैलेक्टिक गोलार्द्ध में eROSITA बबल्स के स्पेक्ट्रा और आकारिकी (Morphology)

समस्या और संदर्भ
eROSITA बबल्स (eRObub), जो पहले SRG/eROSITA ऑल-स्काई सर्वे (eRASS1) में खोजे गए थे, एक्स-रे आकाश की सबसे विस्तृत संरचनाओं में से एक हैं, जो गैलेक्टिक सेंटर (GC) के चारों ओर दो विशाल खोल (shells) के रूप में दिखाई देते हैं। ये गैर-तापीय फर्मी बबल्स (FB) को घेरे हुए हैं और उत्तर में नॉर्थ पोलर स्पर (NPS) द्वारा सीमित हैं। हालांकि इनकी आकारिकी (morphology) गैलेक्टिक सेंटर से एक भौतिक संबंध और $\sim 10^{56}$ erg के ऊर्जा बजट का सुझाव देती है, लेकिन इनकी त्रि-आयामी ज्यामिति, भौतिक उत्पत्ति (AGN आउटबर्स्ट बनाम स्टारबर्स्ट), और आंतरिक गैस के गुण अभी भी बहस का विषय हैं। पिछले अध्ययन पेंसिल-बीम अवलोकनों या एकल-तापमान मॉडलों पर निर्भर थे, जो धातु प्रचुरता (metal abundances), तापमान संरचना, और उत्तरी बबल के चारों ओर मौजूद ठंडे खोल की प्रकृति की जटिलता को पकड़ने में विफल रहे।

कार्यप्रणाली (Methodology)
यह कार्य eRASS1 डेटा का उपयोग करके पश्चिमी गैलेक्टिक गोलार्द्ध में eRObub का एक व्यापक विश्लेषण प्रस्तुत करता है। कार्यप्रणाली को स्पेक्ट्रल और रूपात्मक (morphological) विश्लेषण में विभाजित किया गया है:

स्पेक्ट्रल विश्लेषण:
- बड़े क्षेत्र: लेखकों ने विशिष्ट विशेषताओं, जिनमें FB, NPS, ठंडा खोल और बबल का आंतरिक भाग शामिल है, के लिए फोटॉन सांख्यिकी को अधिकतम करने हेतु बड़े, मैन्युअल रूप से चयनित निष्कर्षण क्षेत्र ( $25\text{--}670 \text{ deg}^2$ ) परिभाषित किए। इन क्षेत्रों को समान अक्षांशों पर बैकग्राउंड क्षेत्रों के साथ जोड़ा गया था ताकि अग्रभूमि/पृष्ठभूमि घटकों (लोकल हॉट बबल, गैलेक्टिक हेलो, कॉस्मिक एक्स-रे बैकग्राउंड, और अनसुलझे तारकीय उत्सर्जन) को नियंत्रित किया जा सके।
- छोटे क्षेत्र: तापमान और उत्सर्जन माप (EM) को निरंतर मैप करने के लिए, एक स्थिर सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात (S/N $\approx 80$ ) के आधार पर छोटे क्षेत्र ( $5\text{--}10 \text{ deg}^2$ ) परिभाषित किए गए।
- मॉडलिंग: स्पेक्ट्रा को SPEX कोड (v3.08.1) का उपयोग करके फिट किया गया। विश्लेषण ने सिंगल-टेम्परेचर कोलिजनल आयनाइजेशन इक्विलिब्रियम (CIE), प्लेन-पैरेलल शॉक (NEI), और टू-टेम्परेचर CIE मॉडलों का परीक्षण किया। उत्सर्जन रेखाओं के आसपास व्यवस्थित अवशेषों (systematic residuals) को संबोधित करने के लिए रिस्पॉन्स मैट्रिक्स फाइल्स (RMF) और सहायक रिस्पॉन्स फाइल्स (ARF) को परिष्कृत करना एक महत्वपूर्ण कदम था। लेखकों ने $\sim 0.7$ keV पर पूर्व में माने गए गर्म CGM घटक के स्थान पर मिल्की वे के प्रोजेक्टेड स्टेलर मास प्रोफाइल पर आधारित एक स्टेलर योगदान मॉडल को भी शामिल किया।
आकारिकी (Morphological) विश्लेषण:
- प्रेक्षित एक्स-रे सतह चमक (surface brightness) को पुनरुत्पादित करने के लिए एक पैरामीट्रिक ज्यामितीय मॉडल बनाया गया। यह मॉडल गैलेक्टिक सेंटर से उत्पन्न होने वाले एक बायपोलर ब्लास्ट वेव को मानता है, जो एक आदर्श गैलेक्टिक हेलो में फैल रहा है।
- ज्यामिति में संकुचित प्रोलैट एलipsoids (गैलेक्टिक प्लेन में बाधित विस्तार को ध्यान में रखने के लिए) शामिल हैं, जिसमें सेमी-मेजर/माइनर अक्षों, टिल्ट कोणों (ध्रुवीय और अज़ीमुथल), और शॉक मैक संख्या के लिए मुक्त पैरामीटर हैं।
- मॉडल में सर्कमगैलेक्टिक मीडियम (CGM) में विषमताओं को समझाने के लिए एक क्वाड्रुपोलर डेंसिटी मॉड्यूलेशन और अनसुलझे तारकीय एवं CXB योगदानों को संभालने के लिए एक अनुभवजन्य बैकग्राउंड घटक शामिल है।

प्रमुख परिणाम

तापमान संरचना: eRObub के आंतरिक भाग को दो उत्सर्जन घटकों द्वारा सबसे अच्छी तरह से वर्णित किया गया है, जिनके तापमान अपेक्षाकृत समान हैं: एक गर्म घटक $kT = 0.60 \pm 0.02$ keV पर और एक ठंडा घटक $kT = 0.21^{+0.03}_{-0.01}$ keV पर। ठंडा घटक $\sim 5$ के कारक से उत्सर्जन माप (EM) पर हावी है। एक एकल-तापमान मॉडल Fe XVII रेखा अनुपातों ( $15\text{\AA}/17\text{\AA}$ ) को पुनरुत्पादित करने में विफल रहता है, जो एक विसंगति है जो विभिन्न प्लाज्मा कोड (SPEX बनाम AtomDB/apec) का उपयोग करने पर भी बनी रहती है।
प्रचुरता (Abundances): eRObub के आंतरिक भाग के भीतर की गैस सब-सोलर प्रचुरता ( $Z \approx 0.2 \pm 0.1 Z_\odot$ ) प्रदर्शित करती है, जो शॉक-हीटेड CGM के अनुरूप है। हालांकि $\alpha$ -एलिमेंट एन्हांसमेंट (विशेष रूप से Ne/O) के अस्थायी संकेत हैं, लेकिन व्यवस्थित अनिश्चितताओं के कारण साक्ष्य निर्णायक नहीं हैं। इसके विपरीत, NPS काफी उच्च प्रचुरता ( $Z > 0.5 Z_\odot$ ) दिखाता है, जो शेष बुलबुलों की तुलना में एक अलग उत्पत्ति या संवर्धन तंत्र का सुझाव देता है।
ठंडा खोल (Cool Shell): उत्तरी बबल के चारों ओर एक स्पेक्ट्रल कूल शैल ( $kT \sim 0.18\text{--}0.2$ keV) की पुष्टि की गई है। हालांकि, लेखकों को दक्षिणी गोलार्द्ध में इसी तरह के खोल का कोई निर्णायक प्रमाण नहीं मिला, जहाँ सिग्नल अनसुलझे तारकीय बैकग्राउंड के बराबर है। ठंडे खोल के गुण एक अग्रभूमि संरचना (foreground structure) के अनुरूप हैं, जो संभावित रूप से लूप I सुपरबबल है, न कि eRObub का रेडिएटिव कूलिंग शैल।
फर्मी बबल कनेक्शन: FB के ओवरलैपिंग क्षेत्रों से निकाले गए स्पेक्ट्रा में आसपास के eRObub इंटीरियर से कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं देखा गया। FB सीमा पर किसी अतिरिक्त गैर-तापीय घटक या विशिष्ट तापमान जंप का कोई प्रमाण नहीं है।
आकारिकी और ज्यामिति: ज्यामितीय मॉडल प्रेक्षित एक्स-रे आकारिकी को सफलतापूर्वक पुनरुत्पादित करता है।
- क्षैतिज विस्तार (Horizontal Extent): दोनों गोलार्द्धों के लिए क्षैतिज सेमी-माइनर अक्ष $\sim 5$ kpc पर अच्छी तरह से निर्धारित हैं।
- ऊर्ध्वाधर विस्तार (Vertical Extent): प्रोजेक्शन प्रभावों के कारण ऊर्ध्वाधर विस्तार अत्यधिक अनिश्चित है; प्रेक्षित एक्स-रे उत्सर्जन "बबल कैप" के अस्तित्व या स्थान के प्रति संवेदनशील नहीं है।
- टिल्ट (Tilt): उत्तरी बबल को $l \sim 220^\circ$ (पश्चिम) की ओर एक महत्वपूर्ण झुकाव ( $\sim 30^\circ$ ) की आवश्यकता है ताकि देखे गए उभार (protrusion) से मेल खा सके, जबकि दक्षिणी बबल को बहुत कम झुकाव की आवश्यकता है।
- शॉक वेलोसिटी: मॉडल दक्षिण में उच्च शॉक मैक संख्या ( $M \sim 2.9$ ) का संकेत देता है तुलनात्मक रूप से उत्तर में ( $M \sim 1.8$ ), जो दक्षिणी शैल के अधिक लिम्ब-ब्राइट दिखने के अनुरूप है।

महत्व और दावे
यह शोध दावा करता है कि यह पश्चिमी गोलार्द्ध में eRObub का पहला स्थानिक रूप से हल किया गया (spatially resolved), उच्च-S/N स्पेक्ट्रल लक्षण वर्णन प्रदान करता है। इसके प्राथमिक योगदान हैं:

Fe XVII विसंगति का समाधान: लेखक यह प्रदर्शित करते हैं कि असामान्य Fe XVII रेखा अनुपात को प्लाज्मा कोड की अनिश्चितताओं या एकल-तापमान मॉडलों द्वारा समझाया नहीं जा सकता है, जिसके लिए टू-टेम्परेचर प्लाज्मा संरचना आवश्यक है।
परिष्कृत ऊर्जा विज्ञान (Energetics): टू-टेम्परेचर स्पेक्ट्रल फिट के साथ ज्यामितीय मॉडल को जोड़कर, लेखक $\sim 1.5 \times 10^{55}$ से $1.66 \times 10^{56}$ erg का कुल थर्मल ऊर्जा अतिरिक्त अनुमान लगाते हैं, जिसके लिए $\sim 15\text{--}27$ Myr की आयु पर $P \gtrsim 1.5 \times 10^{41}$ erg s $^{-1}$ की ऊर्जा इंजेक्शन शक्ति की आवश्यकता होती है।
उत्पत्ति संबंधी बाधाएं: सब-सोलर प्रचुरता आम तौर पर CGM मूल (AGN या स्टारबर्स्ट संचालित) का समर्थन करती है, जबकि NPS में विशिष्ट वृद्धि सक्रिय तारा-निर्माण क्षेत्रों (star-forming regions) से जुड़े एक अलग मूल का सुझाव देती है। FB सीमा पर तापमान जंप की कमी और मल्टी-केवी (multi-keV) प्लाज्मा की अनुपस्थिति एक संक्षिप्त, शक्तिशाली AGN जेट परिदृश्य को खारिज करती है जो एक गर्म, शॉक्ड इंटीरियर पैदा करेगा, हालांकि दीर्घकालिक AGN विंड या स्टारबर्स्ट परिदृश्य अभी भी व्यवहार्य हैं।
ज्यामितीय अस्पष्टता (Geometrical Degeneracy): अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि वर्तमान एक्स-रे डेटा गैलेक्टिक प्लेन के भीतर पर्यवेक्षक की स्थिति के कारण बुलबुलों के ऊर्ध्वाधर विस्तार को विशिष्ट रूप से बाधित नहीं कर सकता है, जो इस बात पर जोर देता है कि देखा गया "शेल" संभवतः एक बंद गोलाकार शेल के बजाय एक शंक्वाकार (conical) या खुले आउटफ्लो का प्रोजेक्शन है।

लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि हालांकि eRObub और FB संभवतः भौतिक रूप से जुड़े हुए हैं, NPS का मूल अलग हो सकता है, और वैश्विक संरचना को एक झुके हुए, असममित आउटफ्लो के रूप में सबसे अच्छा वर्णित किया जा सकता है जिसमें जटिल आंतरिक तापमान स्तरीकरण (stratification) है।