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GeV emission around SS 433 with 17 years Fermi-LAT observation

फर्मी-एलएटी (Fermi-LAT) के 17 वर्षों के अवलोकनों के आधार पर, यह अध्ययन माइक्रोक्वेसार SS 433 के आसपास कई GeV स्रोतों की पहचान करता है, जिसमें विशिष्ट पूर्व और पश्चिम उभार (excesses) शामिल हैं, और पहली बार ऐसा अवलोकन संबंधी प्रमाण प्रदान करता है जो गैलेक्टिक माइक्रोक्वेसर्स के बड़े पैमाने के बहिर्वाहों (outflows) में कॉस्मिक-रे प्रोटॉनों के त्वरण का सुझाव देता है।

मूल लेखक: Qiwang Sun, Dmitry Khangulyan, Jiren Liu, Siming Liu

प्रकाशित 2026-05-15✓ Author reviewed ⓘ

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Qiwang Sun, Dmitry Khangulyan, Jiren Liu, Siming Liu

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 नहीं लिखा है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक विशाल, अराजक निर्माण स्थल (construction site) है। इस स्थल के बीचों-बीच SS 433 बैठा है, जो एक ब्रह्मांडीय शक्ति केंद्र है। यह एक "माइक्रोक्वेसर" (microquasar) है, जो मूल रूप से एक भूखा ब्लैक होल है जो पास के एक तारे को खा रहा है। जैसे-जैसे यह खाता है, यह विपरीत दिशाओं में कणों की दो विशाल, उच्च-गति वाली जेट्स (jets) बाहर निकालता है, जैसे एक फायरहोस पानी की बौछार कर रहा हो। ये जेट्स आसपास की गैस से टकराते हैं, जिससे विशाल, चमकते हुए बुलबुले (लोब्स/lobes) बनते हैं, जिन्हें हम एक्स-रे और अन्य तरंगदैर्ध्य (wavelengths) में देख सकते हैं।

लंबे समय से, खगोलशास्त्री यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि ये जेट्स वास्तव में किस तरह की "रोशनी" पैदा कर रहे हैं (जो GeV रेंज में है—यानी एक विशिष्ट प्रकार की उच्च-ऊर्जा गामा-रे रोशनी)। उन्होंने इस स्थल को Fermi-LAT नामक एक विशाल अंतरिक्ष टेलीस्कोप के माध्यम से 17 वर्षों तक देखा है।

शोधकर्ताओं ने जो पाया है, वह यहाँ सरल भाषा में समझाया गया है:

1. अंधेरे में चार "लालटेन"

जब टीम ने डेटा को देखा, तो उन्हें केवल मुख्य जेट्स ही नहीं दिखे। उन्होंने GeV रोशनी के चार अलग-अलग स्रोत देखे, जैसे अंधेरे में जलती हुई चार लालटेनें:

"नया आया हुआ" (PS J1910+0550): मुख्य हलचल से बहुत दूर एक चमकीला बिंदु। टीम ने इस पर ध्यान न देने का फैसला किया क्योंकि यह जेट्स से बहुत दूर है और SS 433 परिवार का हिस्सा नहीं हो सकता।
"प्रसिद्ध पड़ोसी" (J1913+0512): एक चमकीला बिंदु जिसे अन्य खगोलशास्त्रियों ने पहले देखा था।
"ईस्ट एक्स्ट्रा" (East Excess): जेट्स के पूर्वी हिस्से में एक चमक।
"वेस्ट एक्स्ट्रा" (West Excess): जेट्स के पश्चिमी हिस्से में एक चमक।

यह शोध पत्र उन तीन स्रोतों पर केंद्रित है जो वास्तव में SS 433 प्रणाली का हिस्सा हैं: प्रसिद्ध पड़ोसी, ईस्ट एक्स्ट्रा और वेस्ट एक्स्ट्रा।

2. "धड़कते दिल" का रहस्य

एक पिछले अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि "प्रसिद्ध पड़ोसी" (J1913+0512) हर 160 दिनों में एक दिल की तरह धड़क रहा है या स्पंदन (pulse) कर रहा है। उन्हें लगा कि यह लय SS 433 के जेट्स के डगमगाने (wobble/precess) के तरीके से मेल खाती है।

नई खोज: टीम ने इस "धड़कन" की जांच करने के लिए 17 वर्षों के डेटा का विश्लेषण किया।

परिणाम: वह धड़कन गायब हो गई है। जब उन्होंने पूरे 17-वर्षीय डेटासेट को देखा, तो वह लय लुप्त हो गई। ऐसा लगता है कि वह "धड़कन" संभवतः कम समय के 10-वर्षीय डेटा में एक रैंडम गड़बड़ी या संयोग (fluke) थी। इसलिए, अब हम निश्चित रूप से नहीं कह सकते कि यह "प्रसिद्ध पड़ोसी" वास्तव में SS 433 से जुड़ा है, हालांकि यह अन्य कारणों से इससे संबंधित हो सकता है।

3. दो लोब्स की कहानी: पूर्व बनाम पश्चिम

सबसे दिलचस्प हिस्सा ईस्ट एक्स्ट्रा और वेस्ट एक्स्ट्रा की तुलना करना है। भले ही वे एक ही सिस्टम के विपरीत दिशाओं में हैं, लेकिन वे बहुत अलग व्यवहार कर रहे हैं।

ईस्ट एक्स्ट्रा (द "हार्ड" लाइट):
- यह कैसा दिखता है: इसका स्पेक्ट्रम "हार्ड" है। इसे एक उच्च-पिच वाली, तीखी सीटी की तरह समझें।
- कारण: यह प्रकाश संभवतः इलेक्ट्रॉन्स (छोटे आवेशित कण) द्वारा बनाया गया है जिन्हें प्रकाश की गति के करीब पहुँचा दिया गया है। जैसे-जैसे वे अंतरिक्ष में उड़ते हैं, वे कम ऊर्जा वाली रोशनी (जैसे कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड) से टकराते हैं और उसकी ऊर्जा को बढ़ाकर हाई-एनर्जी गामा किरणों में बदल देते हैं। इसे "इनवर्स कॉम्प्टन स्कैटरिंग" (Inverse Compton scattering) कहा जाता है।
- स्थान: यह सबसे चमकीले एक्स-रे वाले स्थानों से थोड़ा दूर स्थित है, जो इस सिद्धांत के अनुकूल है कि इन तेज़ इलेक्ट्रॉन्स को चमकने से पहले थोड़ा सफर करना पड़ता है।
वेस्ट एक्स्ट्रा (द "सॉफ्ट" लाइट):
- यह कैसा दिखता है: इसका स्पेक्ट्रम "सॉफ्ट" है। इसे एक धीमी, गहरी गूँज (rumble) की तरह समझें।
- स्थान: यह उस स्थान से हटकर है जहाँ एक्स-रे और TeV (बहुत उच्च ऊर्जा) वाली रोशनी आमतौर पर देखी जाती है। यह ऐसा है जैसे धुएं के बजाय आग की लपटों को किसी दूसरे कमरे में ढूंढ लिया जाए।
- कारण: क्योंकि यह "सॉफ्ट" है और एक अजीब जगह पर है, इसलिए इलेक्ट्रॉन का सिद्धांत यहाँ काम नहीं करता। इसके बजाय, लेखक सुझाव देते हैं कि यह प्रकाश प्रोटॉन्स (परमाणुओं में मौजूद भारी नाभिक) के गैस के घने बादलों से टकराने के कारण उत्पन्न होता है।
- उपमा: कल्पना कीजिए कि एक तोप का गोला (प्रोटॉन) घने कोहरे (गैस क्लाउड) के बीच से उड़ रहा है। जब वह कोहरे से टकराता है, तो वह रोशनी की एक चमक पैदा करता है। इसे "हैड्रोनिक" (hadronic) प्रक्रिया कहा जाता है।

4. प्रोटॉन्स का बड़ा चित्र

इस शोध पत्र का सबसे रोमांचक निष्कर्ष वेस्ट एक्स्ट्रा (और संभावित रूप से "प्रसिद्ध पड़ोसी") के बारे में है।

लेखक सुझाव देते हैं कि SS 433 न केवल इलेक्ट्रॉन्स को तेज कर रहा है, बल्कि यह प्रोटॉन्स (जो कॉस्मिक किरणों के निर्माण खंड हैं) को भी तेज कर रहा है। ये प्रोटॉन भारी, अदृश्य गोलियों की तरह हैं। इन्हें जेट्स से बाहर निकाला जाता है, वे मुख्य विस्फोट से दूर जाते हैं, और फिर आसपास के क्षेत्र में छिपे गैस के घने पॉकेट से टकराते हैं।

यह क्यों महत्वपूर्ण है: यदि यह सच है, तो यह पहली बार में से एक मजबूत प्रमाण है कि माइक्रोक्वेसर (छोटे ब्लैक होल) बड़े पैमाने पर कॉस्मिक-रे प्रोटॉन्स के कारखाने के रूप में कार्य कर सकते हैं। यह ऐसा है जैसे यह पता चलना कि एक छोटा सा पिछवाड़े का आतिशबाजी का शो वास्तव में पड़ोस में भारी तोपखाना दाग रहा है।

सारांश

17 वर्षों का डेटा: टीम ने SS 433 को लंबे समय तक देखा।
कोई धड़कन नहीं: "प्रसिद्ध पड़ोसी" में संदिग्ध 160-दिवसीय स्पंदन एक गलत संकेत (false alarm) था।
दो अलग चमक: पूर्व दिशा इलेक्ट्रॉन्स के कारण चमकती है; पश्चिम दिशा प्रोटॉन्स के गैस बादलों से टकराने के कारण चमकती है।
खोज: यह सुझाव देता है कि SS 433 उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन्स का एक कारखाना है, जो उन कॉस्मिक किरणों का एक प्रमुख स्रोत हो सकते हैं जो लगातार पृथ्वी पर बरसती रहती हैं।

तकनीकी सारांश: 17 वर्षों के फर्मी-एलएटी (Fermi-LAT) अवलोकन के साथ SS 433 के आसपास GeV उत्सर्जन

समस्या और प्रेरणा
LHAASO द्वारा गैलेक्टिक माइक्रोक्वेसरों से 20 TeV से ऊपर के फोटॉन की हालिया खोजों ने स्थापित किया है कि संचित (accreting) स्टेलर-मास ब्लैक होल कणों को PeV रिजीम में त्वरित कर सकते हैं। SS 433, जो प्रीसेसिंग जेट्स और रेडियो नेबुला W50 में स्थित विस्तृत एक्स-रे लोब्स वाला एक प्रोटोटाइपिकल माइक्रोक्वेसर है, इन त्वरण तंत्रों के अध्ययन के लिए एक प्राथमिक उम्मीदवार है। जबकि पिछले फर्मी-LAT विश्लेषणों (जैसे, बोर्डास एट अल. 2015; फेंग एट अल. 2020; ली एट अल. 2020) ने SS 433 के आसपास GeV उत्सर्जन विशेषताओं की सूचना दी थी, जिसमें J1913+0512 नामक स्रोत और 160-दिवसीय आवधिक मॉड्यूलेशन (periodic modulation) के लिए संभावित साक्ष्य शामिल थे, परिणाम विवादास्पद बने हुए हैं। मुख्य मुद्दों में GeV, एक्स-रे और TeV उत्सर्जनों के बीच स्थानिक संबंध, GeV अतिरिक्त (excesses) का भौतिक मूल (लेप्टोनिक बनाम हैड्रोनिक), और रिपोर्ट की गई आवधिकता (periodicity) की वैधता शामिल है। यह अध्ययन त्वरण और विकिरण तंत्रों को सीमित करने के लिए पूर्ण 17-वर्षीय फर्मी-एलएटी डेटासेट का उपयोग करके इन अस्पष्टताओं को हल करने का लक्ष्य रखता है।

कार्यप्रणाली (Methodology)
लेखकों ने SS 433 के केंद्र में $2.5^\circ \times 2.5^\circ$ के क्षेत्र-रुचि (region of interest) के भीतर 17 वर्षों के फर्मी-एलएटी डेटा (सितंबर 2025 तक) का विश्लेषण किया। पास के चमकीले पल्सर PSR J1907+0602 से होने वाले संदूषण को कम करने के लिए, एक पल्सर-गेटिंग विधि का उपयोग किया गया, जिसमें ऑफ-पल्स चरणों (0–0.136 और 0.697–1) का उपयोग किया गया जो कुल एक्सपोजर का 44% बनाए रखते हैं। विश्लेषण में P8R3 Source v3 इंस्ट्रूमेंट रिस्पांस फंक्शन, 0.08 डिग्री के स्थानिक बिन आकार के साथ एक बिन्ड मैक्सिमम लाइकलीहुड फिट, और मानक गैलेक्टिक एवं आइसोट्रोपिक डिफ्यूज एमिशन मॉडल का उपयोग किया गया। स्पेक्ट्रल और मॉर्फोलॉजिकल विश्लेषण 1–100 GeV और 3–100 GeV बैंड में किए गए। एक्सपोजर-करेक्टेड, इवेंट-वेटेड लाइट कर्व्स का उपयोग करके लोम्ब-स्कार्गल पीरियोडोग्राम (Lomb-Scargle periodogram) का उपयोग करके आवधिकता खोज (periodicity searches) की गई। मल्टीवेवल लेंथ मॉडलिंग में X-रे, GeV और TeV डेटा को एक साथ फिट करने के लिए एक वन-ज़ोन लेप्टोनिक मॉडल का उपयोग किया गया, और इनवर्स कॉम्पटन (IC) परिदृश्यों की तुलना हैड्रोनिक (प्रोटॉन-प्रोटॉन) और ब्रेम्सस्ट्रालुंग (bremsstrahlung) मॉडल से करने के लिए कणों के कन्फाइनमेंट समय और कूलिंग ब्रेक्स के अनुमान प्राप्त किए गए।

मुख्य परिणाम

स्रोत पहचान: क्षेत्र में चार GeV स्रोतों की पहचान की गई:
- PS J1910+0550: SS 433 के लगभग $1^\circ$ उत्तर में स्थित एक नया स्रोत, जो W50 रेडियो शेल के बाहर है, जिसकी सार्थकता (significance) $\sim 5\sigma$ है। इसे SS 433 से भौतिक रूप से संबद्ध नहीं माना जाता है।
- J1913+0512: एक्स-रे जेट्स के बाहर स्थित एक पूर्व-रिपोर्ट किया गया स्रोत, जिसे 1–100 GeV बैंड में $\sim 7\sigma$ (TS $\approx$ 46) की सार्थकता के साथ पता लगाया गया।
- ईस्ट एक्सीस (East Excess): पूर्वी एक्स-रे लोब से जुड़ा एक उत्सर्जन फीचर, जिसे $\sim 4\sigma$ सार्थकता (TS $\approx$ 16) के साथ पता लगाया गया।
- वेस्ट एक्सीस (West Excess): पश्चिमी एक्स-रे लोब से जुड़ा एक उत्सर्जन फीचर, जिसे $\sim 4\sigma$ सार्थकता (TS $\approx$ 18) के साथ पता लगाया गया।
स्पेक्ट्रल गुण:
- J1913+0512: यह $\Gamma \approx 2.9$ के फोटॉन इंडेक्स के साथ एक सॉफ्ट स्पेक्ट्रम प्रदर्शित करता है।
- ईस्ट एक्सीस: यह $\Gamma \approx 1.7$ के साथ एक हार्ड स्पेक्ट्रम दिखाता है।
- वेस्ट एक्सीस: एक काफी सॉफ्ट स्पेक्ट्रम $\Gamma \approx 2.6$ प्रदर्शित करता है।
- ईस्ट एक्सीस, चमकीले एक्स-रे क्षेत्र "e2" और TeV उत्सर्जन के मुख्य भाग से स्थानिक रूप से विस्थापित है, जबकि वेस्ट एक्सीस, एक्स-रे जेट और TeV उत्सर्जन स्थलों ("w1", "w2") से विस्थापित है।
आवधिकता विश्लेषण (Periodicity Analysis):
- इस अध्ययन ने J1913+0512 के लिए पहले रिपोर्ट की गई $\sim 160$ -दिवसीय आवधिक मॉड्यूलेशन की पुन: जांच की। जबकि एक 10-वर्षीय उपसमुच्चय (subset) में कम-सार्थकता वाला शिखर दिखाई दिया (जो पिछले कार्य के अनुरूप है), पूर्ण 17-वर्षीय डेटासेट में कोई महत्वपूर्ण आवधिकता नहीं दिखती है। 17-वर्षीय डेटा में 160 दिनों पर सिग्नल $\sim 2.7$ के कारक से कम हो गया है और बैकग्राउंड उतार-चढ़ाव से अलग नहीं किया जा सकता है।
भौतिक मॉडलिंग:
- ईस्ट एक्सीस: हार्ड स्पेक्ट्रम और TeV पीक से स्थानिक विस्थापन, सापेक्ष इलेक्ट्रॉन (relativistic electrons) से एक इनवर्स कॉम्पटन (IC) मूल के अनुरूप है, जहाँ GeV उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रम का कूलिंग ब्रेक प्रतिनिधित्व करता है।
- वेस्ट एक्सीस और J1913+0512: सॉफ्ट स्पेक्ट्रा और प्राथमिक त्वरण साइटों (X-ray/TeV लोब्स) से स्थानिक विस्थापन, एक मानक वन-ज़ोन IC मॉडल के साथ असंगत हैं। लेखक प्रस्तावित करते हैं कि ये उत्सर्जन उन GeV कणों (प्रोटॉन या इलेक्ट्रॉन) से उत्पन्न होते हैं जिन्हें सिस्टम में त्वरित किया गया है लेकिन पूरे स्रोत वॉल्यूम में वितरित किया गया है, जो स्थानीय घने गैस लक्ष्यों (मॉलिक्यूलर क्लाउड्स) के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। दोनों प्रोटॉन-प्रोटॉन (pp) और ब्रेम्सस्ट्रालुंग परिदृश्य व्यवहार्य हैं, हालांकि pp परिदृश्य को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि यह स्वाभाविक रूप से इलेक्ट्रॉनों की तुलना में जेट पावर के सापेक्ष प्रोटॉन में स्थानांतरित होने वाले बड़े अंश को समायोजित करता है।

महत्व और दावे
यह पत्र दावा करता है कि अपडेट किया गया 17-वर्षीय विश्लेषण अन्य उपकरणों से स्वतंत्र, SS 433 के आसपास GeV उत्सर्जन की आकृति विज्ञान (morphology) और स्पेक्ट्रा के लिए मजबूत बाधाएं प्रदान करता है। पूर्व में रिपोर्ट की गई आवधिकता को खारिज करके, यह अध्ययन J1913+0512 और SS 433 के प्रीसेसिंग जेट्स के बीच प्रत्यक्ष भौतिक संबंध के मामले को कमजोर करता है, हालांकि एक स्पेक्ट्रल जुड़ाव अभी भी संभव है।

महत्वपूर्ण रूप से, ईस्ट और वेस्ट एक्सीस के विशिष्ट स्पेक्ट्रल और मॉर्फोलॉजिकल गुण अलग-अलग भौतिक मूलों का सुझाव देते हैं। लेखक तर्क देते हैं कि वेस्ट एक्सीस और J1913+0512 का पता लगाना, जिसे मुख्य लोब्स के बाहर घने गैस लक्ष्यों के साथ परस्पर क्रिया करने वाले त्वरित कणों (प्रोटॉन या इलेक्ट्रॉन) द्वारा समझाया गया है, गैलेक्टिक माइक्रोक्वेसरों के बड़े पैमाने के आउटफ्लो से कॉस्मिक-रे प्रोटॉन के त्वरण के लिए पहला अवलोकनीय साक्ष्य हो सकता है। यह निष्कर्ष इस परिकल्पना का समर्थन करता है कि माइक्रोक्वेसर गैलेक्टिक कॉस्मिक-रे आबादी (विशेष रूप से 'नी' (knee) क्षेत्र के आसपास) में योगदान दे सकते हैं, विशेष रूप से उन हैड्रोन को त्वरित करके जो तत्काल जेट वातावरण से बाहर निकलते हैं और आसपास के अंतरतारकीय माध्यम (interstellar medium) के साथ परस्पर क्रिया करते हैं।

1. अंधेरे में चार "लालटेन"

2. "धड़कते दिल" का रहस्य

3. दो लोब्स की कहानी: पूर्व बनाम पश्चिम

4. प्रोटॉन्स का बड़ा चित्र

सारांश

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