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Discovery of a 24-millisecond pulsar in a very long orbit with the Murchison Widefield Array

मर्चिसन वाइडफील्ड एरे के स्मार्ट (SMART) सर्वेक्षण ने PSR J0125−5854 की खोज की है, जो एक अत्यधिक उत्केंद्रित (eccentric), अति-लंबी बाइनरी कक्षा (संभावित रूप से ~834 दिन) में स्थित 24-मिलीसेकंड का मिलीसेकंड पल्सर है जिसका साथी एक कम द्रव्यमान वाला हीलियम व्हाइट ड्वार्फ है, जो दुर्लभ पल्सर प्रणालियों को उजागर करने की इस सर्वेक्षण की क्षमता को रेखांकित करता है और भविष्य के SKA-Low निम्न-आवृत्ति खोजों को सूचित करता है।

मूल लेखक: Chia Min Tan, N. D. Ramesh Bhat, Bradley W. Meyers, Christopher P. Lee, Ewan D. Barr, Vivek Venkatraman Krishnan, Paulo C. C. Freire, Garvit Grover, Samuel J. McSweeney, Nicholas A. Swainston, Qiuyang

प्रकाशित 2026-06-18

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Chia Min Tan, N. D. Ramesh Bhat, Bradley W. Meyers, Christopher P. Lee, Ewan D. Barr, Vivek Venkatraman Krishnan, Paulo C. C. Freire, Garvit Grover, Samuel J. McSweeney, Nicholas A. Swainston, Qiuyang Fu, Mengyao Xue

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

खोज: अंधेरे में एक ब्रह्मांडीय "भूत" की तलाश

कल्पना कीजिए कि रात का आकाश एक विशाल, भीड़भाड़ वाला डांस फ्लोर है। दशकों से, खगोलविद विशिष्ट नर्तकों की तलाश कर रहे हैं: पल्सर (pulsars)। ये फटे हुए तारों (न्यूट्रॉन सितारों) के अवशेष हैं जो अविश्वसनीय रूप से तेजी से घूमते हैं और रेडियो प्रकाश की किरणें रेडियो लाइटहाउस की बीम की तरह छोड़ते हैं। इनमें से अधिकांश प्रसिद्ध पल्सर या तो धीमे, भारी नर्तक हैं या फिर सुपर-फास्ट "मिलीसेकंड" नर्तक हैं जिन्हें एक साथी ने घुमाया (spin up किया) है।

पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में मर्चिसन वाइडफील्ड एरे (MWA) नामक एक विशाल रेडियो टेलीस्कोप एरे का उपयोग करने वाली खगोलविदों की एक टीम को एक नया नर्तक मिला: PSR J0125−5854।

यहाँ इसका सरल विवरण दिया गया है कि उन्होंने क्या पाया और यह क्यों विशेष है:

1. "24-सेकंड" की ताल

यह पल्सर हर सेकंड 40 बार घूमता है (एक 24-मिलीसेकंड की अवधि)। यह एक "मिलीसेकंड पल्सर" है, जिसका अर्थ है कि यह एक पुराना, पुनर्चक्रित (recycled) तारा है जिसे उच्च गति पर घुमाया गया है। हालाँकि, यह अद्वितीय है क्योंकि इसे लो-फ्रीक्वेंसी रेडियो तरंगों (जैसे कि गहरे बेस स्टेशन को ट्यून करना) का उपयोग करके पाया गया था, जबकि अधिकांश पल्सर हाई-फ्रीक्वेंसी स्टेशनों पर पाए जाते हैं। यह एक दुर्लभ वाद्य यंत्र को एक ऐसे सिम्फनी में गहरा, निचला स्वर बजाते हुए खोजने जैसा है जहाँ बाकी सब ऊँची पिच वाली बांसुरी बजा रहे हैं।

2. "लॉन्ग-डिस्टेंस" रिश्ता

इस पल्सर के बारे में सबसे आश्चर्यजनक बात इसका साथी है।

उपमा: कल्पना कीजिए कि एक जोड़ा एक साथ नाच रहा है। आमतौर पर, यदि वे एक तेज़ वाल्ट्ज़ (waltz) नाच रहे हैं, तो वे एक-दूसरे का हाथ बहुत करीब से पकड़ते हैं। यदि वे एक धीमा, सुस्त नृत्य कर रहे हैं, तो वे थोड़े दूर हो सकते हैं।
वास्तविकता: यह पल्सर एक बाइनरी सिस्टम (एक जोड़ी) में है। इसका साथी एक हीलियम व्हाइट ड्वार्फ (Helium White Dwarf) है (एक मृत, ठंडे होते तारे का अवशेष)। लेकिन वे एक-दूसरे से बहुत दूर हैं। उनकी कक्षा एक पूर्ण चक्कर पूरा करने में 833 दिन (दो साल से अधिक) लेती है।
यह क्यों मायने रखता है: अधिकांश मिलीसेकंड पल्सर के साथी होते हैं जिन्हें वे कसकर गले लगाते हैं। एक ऐसे साथी को पाना जो उन्हें दो साल में केवल एक बार देखता है, एक ऐसे जोड़े को खोजने जैसा है जो नृत्य के लिए साल में केवल एक बार मिलते हैं, फिर भी किसी तरह, नर्तक अभी भी बहुत तेज़ी से घूम रहा है। यह सुझाव देता है कि "स्पिन-अप" की प्रक्रिया बहुत पहले हुई थी और यह जोड़ी तब से दूर चली गई है।

3. "गिरगिट" (Chameleon) की समस्या

जब खगोलविदों को पहली बार यह पल्सर मिला, तो उन्हें लगा कि उनके पास एक स्पष्ट तस्वीर है। लेकिन जैसे ही उन्होंने समय के साथ इस पर नज़र रखी, पल्सर की "धड़कन" (स्पिन पीरियड) अजीब तरह से तेज़ और धीमी होती दिखाई दी।

उपमा: कल्पना कीजिए कि आप ट्रैक पर एक धावक को देख रहे हैं। कभी वे तेज़ दौड़ते दिखते हैं, कभी धीमे। आप महसूस करते हैं कि वे अपनी गति नहीं बदल रहे हैं; वे एक विशाल, अदृश्य मेर्री-गो-राउंड (झूले) पर दौड़ रहे हैं। जब वे आपकी ओर दौड़ते हैं, तो वे तेज़ दिखते हैं (डॉप्लर प्रभाव); जब वे दूर जाते हैं, तो वे धीमे दिखते हैं।
परिणाम: टीम को एहसास हुआ कि पल्सर एक विशाल मेर्री-गो-राउंड (अपनी कक्षा) पर था। महीनों के दौरान इन सूक्ष्म गति परिवर्तनों को मापकर, वे कक्षा के आकार और अदृश्य साथी के द्रव्यमान की गणना कर सके।

4. "अदृश्य" साथी

इसका साथी एक हीलियम व्हाइट ड्वार्फ है।

उपमा: व्हाइट ड्वार्फ को एक कैंपफायर की चमकती हुई अंगारे के रूप में सोचें जो ज्यादातर बुझ चुका है। यह गर्म है लेकिन धुंधला है।
तलाश: खगोलविदों ने ऑप्टिकल टेलीस्कोप (विशाल कैमरों की तरह) का उपयोग करके इस साथी की तलाश की। उन्हें ठीक वहीं एक धुंधला, मंद प्रकाश का बिंदु मिला जहाँ पल्सर की गणनाओं के अनुसार साथी होना चाहिए था। यह एक सामान्य तारे जितना चमकीला नहीं है, लेकिन एक व्हाइट ड्वार्फ होने के लिए पर्याप्त चमकीला है। इसने पुष्टि कर दी कि "भूतिया" साथी वास्तविक था।

5. "लो-फ्रीक्वेंसी" क्यों महत्वपूर्ण है

यह खोज खगोल विज्ञान के भविष्य के लिए एक बड़ी बात है।

उपमा: वर्षों से, खगोलविद हाई-फ्रीक्वेंसी रेडियो तरंगों (जैसे FM रेडियो) का उपयोग करके इन तेज़ घूमने वाले तारों की तलाश कर रहे हैं। उन्होंने इसे इसलिए मिस कर दिया क्योंकि यह एक "बेस-हैवी" (भारी स्वर वाला) तारा है। यह उच्च आवृत्तियों पर बहुत धुंधला है लेकिन कम आवृत्तियों पर चमकता है (जैसे AM रेडियो)।
निहितार्थ: MWA टेलीस्कोप इन लो-फ्रीक्वेंसी को सुनने के लिए बनाया गया है। क्योंकि इस पल्सर का स्पेक्ट्रम बहुत "स्टीप" (तीव्र) है (जैसे-जैसे आप पिच बढ़ाते हैं, यह बहुत धुंधला होता जाता है), पार्कस (Parkes) जैसे हाई-फ्रीक्वेंसी टेलीस्कोप का उपयोग करने वाले पिछले सर्वेक्षणों ने संभवतः इसे मिस कर दिया। यह अपनी आँखों के सामने छिपा हुआ था, बस सही "कान" के सुनने का इंतज़ार कर रहा था।

मुख्य निष्कर्ष

टीम ने एक तेज़ घूमने वाले मृत तारे (PSR J0125−5854) की खोज की है जो एक दूरस्थ, धुंधले साथी (एक हीलियम व्हाइट ड्वार्फ) के साथ एक बहुत लंबी, धीमी कक्षा में नृत्य कर रहा है।

यह खोज सिद्ध करती है कि:

लो-फ्रीक्वेंसी टेलीस्कोप उन नए प्रकार के पल्सर को खोजने के लिए आवश्यक हैं जिन्हें हाई-फ्रीक्वेंसी टेलीस्कोप मिस कर देते हैं।
इस तरह के कई और "लॉन्ग-डिस्टेंस" बाइनरी पल्सर बाहर मौजूद हैं, जो सर्वेक्षण जारी रहने तक खोजे जाने की प्रतीक्षा कर रहे हैं।
ब्रह्मांड तारों के बीच विविध रिश्तों से भरा है, करीबी आलिंगन से लेकर लंबी दूरी के नृत्य तक, और हम अभी उनका मानचित्र बनाना शुरू ही कर रहे हैं।

पेपर का निष्कर्ष है कि यह तो बस शुरुआत है। जैसे-जैसे वे MWA और भविष्य के टेलीस्कोप (जैसे SKA-Low) से अधिक डेटा प्रोसेस करेंगे, उन्हें इन अद्वितीय ब्रह्मांडीय जोड़ों में से कई और मिलने की उम्मीद है।

तकनीकी सारांश: PSR J0125−5854 की खोज

समस्या और संदर्भ
पिछले कुछ दशकों में व्यापक पल्सर सर्वेक्षणों के बावजूद, ज्ञात पल्सरों की जनसंख्या अभी भी कैनोनिकल (गैर-पुनर्चक्रित/non-recycled) और पुनर्चक्रित मिलीसेकंड पल्सरों (MSPs) द्वारा प्रधान है। वर्तमान कैटलॉग में मध्यवर्ती-अवधि वाले पल्सर (30–100 ms) और बहुत लंबी अवधि वाले बाइनरी सिस्टम में स्थित MSPs का प्रतिनिधित्व कम है। विशेष रूप से, कम रेडियो आवृत्तियों (<200 MHz) पर MSPs का पता लगाना संवेदनशीलता सीमाओं और रेडियो फ्रीक्वेंसी इंटरफेरेंस (RFI) की व्यापकता के कारण चुनौतीपूर्ण रहा है। इसके अलावा, हालांकि मर्चिसन वाइडफील्ड एरे (MWA) ने दक्षिणी-आकाश के SMART (Southern-sky MWA Rapid Two-metre) सर्वेक्षण का संचालन किया है, इस कार्य से पूर्व इसके डीप-पास (पूर्ण 80 मिनट का अवलोकन) खोजों से कोई भी MSP पुष्ट नहीं हुआ था। चौड़े बाइनरी ऑर्बिट्स में पल्सरों की खोज तारकीय विकास चैनलों को समझने के लिए महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से पल्सर-व्हाइट ड्वार्फ (श्वेत वामन) प्रणालियों के निर्माण और अत्यधिक सघन पदार्थ के समीकरण (equation of state) पर उनके द्वारा लगाए गए प्रतिबंधों को समझने के लिए।

कार्यप्रणाली
लेखक चल रहे SMART सर्वेक्षण के डेटा का उपयोग करके PSR J0125−5854 की खोज की रिपोर्ट करते हैं। यह खोज 22 अक्टूबर 2018 को एक विशिष्ट आकाश स्थिति पर केंद्रित 80 मिनट के अवलोकन में की गई थी। कच्चे वोल्टेज डेटा को बीमफॉर्म किया गया था और PRESTO सॉफ्टवेयर सुइट में फूरियर-डोमेन खोज प्रक्रिया का उपयोग करके खोजा गया था।

प्रारंभिक पहचान के बाद, टीम ने एक बहुआयामी फॉलो-अप रणनीति अपनाई:

स्थानीयकरण (Localization): MWA वोल्टेज कैप्चर सिस्टम (VCS) डेटा को हेक्सागोनल ग्रिड पर बीमफॉर्म करके और आस-पास के बीमों में सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात (S/N) का विश्लेषण करके एक बेहतर स्थिति प्राप्त की गई। इसे अधिकतम-संभावना अनुमान (maximum-likelihood estimation) के लिए SeeKAT पैकेज का उपयोग करते हुए UHF, L-बैंड और S1 बैंड में MeerKAT अवलोकनों का उपयोग करके परिष्कृत किया गया।
टाइमिंग और ऑर्बिटल विश्लेषण: टीम ने MWA के आर्काइवल डेटा और MWA (2024–2025) तथा MeerKAT (2025) से नए फॉलो-अप अवलोकनों का विश्लेषण किया। उन्होंने समय के साथ स्पिन अवधि में एक महत्वपूर्ण भिन्नता देखी, जो सरल स्पिन-डाउन के साथ असंगत थी, जो एक बाइनरी सिस्टम का संकेत देती है।
- प्रारंभिक कक्षीय बाधाएं (orbital constraints) 2024–2025 के कालखंड के अवधि मापन के केप्लरियन ऑर्बिट मानते हुए, एक मार्कोव चेन मोंटे कार्लो (MCMC) फिट का उपयोग करके प्राप्त की गईं।
- इन मापदंडों को चरण विसंगति (phase incoherence) को ध्यान में रखते हुए, विभिन्न कालखंडों के बीच मनमाने जंप (arbitrary jumps) को शामिल करते हुए, tempo सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग करके 'टाइम्स-ऑफ-अराइवल' (TOAs) को मॉडल करके और अधिक परिष्कृत किया गया।
स्पेक्ट्रल विश्लेषण: MWA और Meerकट डेटा का उपयोग करके एक विस्तृत आवृत्ति सीमा (~150 MHz से ~2.8 GHz) में फ्लक्स घनत्वों को मापा गया। स्पेक्ट्रम को pulsar spectra पैकेज का उपयोग करके एक पावर लॉ ( $S \propto \nu^\alpha$ ) के रूप में मॉडल किया गया, जिसमें स्किंटिलेशन से होने वाले पूर्वाग्रहों को कम करने के लिए हबर लॉस फंक्शन (Huber loss function) का उपयोग किया गया।
साथी की पहचान (Companion Identification): लेखकों ने प्राप्त कक्षीय मापदंडों (अवधि, उत्केंद्रता, न्यूनतम साथी द्रव्यमान) की तुलना ज्ञात बाइनरी पल्सर आबादी और हीलियम व्हाइट ड्वार्फ (He WD) निर्माण के सैद्धांतिक मॉडलों (Tauris & Savonije 1999) से की। उन्होंने DESI लीगेसी सर्वे और GAIA कैटलॉग में ऑप्टिकल काउंटरपार्ट्स की भी खोज की।

मुख्य परिणाम

खोज: PSR J0125−5854 एक 24 ms का पल्सर है जिसका डिस्पर्शन मेजर (DM) 11.66 pc cm $^{-3}$ है, जो $-57.67^\circ$ के उच्च गैलेक्टिक लैटीट्यूड पर स्थित है।
बाइनरी प्रकृति: पल्सर एक बाइनरी सिस्टम में है जिसका कक्षीय काल (orbital period) 290 दिनों से अधिक है। परिष्कृत टाइमिंग विश्लेषण $P_b = 833.60 \pm 0.04$ दिनों का कक्षीय काल प्रदान करता है।
कक्षीय मापदंड: इस प्रणाली में $x = 241.36 \pm 0.05$ प्रकाश-सेकंड का प्रोजेक्टेड सेमी-मेजर एक्सिस और $e = 0.0052 \pm 0.0006$ की बहुत कम उत्केंद्रता (eccentricity) है।
साथी का द्रव्यमान: न्यूनतम साथी द्रव्यमान $M_{c,min} = 0.4152 \pm 0.0001 M_\odot$ निर्धारित किया गया है।
स्पेक्ट्रल गुण: पल्सर एक तीव्र रेडियो स्पेक्ट्रम प्रदर्शित करता है जिसका स्पेक्ट्रल इंडेक्स $\alpha = -2.2 \pm 0.3$ है। फ्लक्स घनत्व ~154 MHz पर ~17 mJy से लेकर ~1284 MHz पर ~0.18 mJy तक है।
साथी की पहचान: कक्षीय मापदंड और कम उत्केंद्रता दृढ़ता से संकेत देते हैं कि साथी एक हीलियम व्हाइट ड्वार्फ है। स्थानीयकरण अनिश्चितता क्षेत्र के भीतर DESI लीगेसी सर्वे में एक ऑप्टिकल स्रोत ( $r=22.03$ ) की पहचान की गई है जो 0.5–1 kpc की दूरी पर एक व्हाइट ड्वार्फ के अनुरूप है।
दूरी: इलेक्ट्रॉन घनत्व मॉडल (NE2001, NE2025, या YMW16) के उपयोग के आधार पर, दूरी 0.54 और 1.03 kpc के बीच अनुमानित है।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र इस खोज को MWA के साथ पाए गए पहले MSP और SMART सर्वेक्षण के डीप-पास खोजों से पुष्ट किए गए पहले पल्सर के रूप में दावा करता है। PSR J0125−5854 का पता लगाना कम-आवृत्ति वाले सर्वेक्षणों की क्षमता को प्रदर्शित करता है कि वे चौड़े बाइनरी ऑर्बिट्स में MSPs को खोज सकते हैं, जिन्हें अक्सर कम एकीकरण समय (integration times) वाले या गैलेक्टिक प्लेन तक सीमित सर्वेक्षणों द्वारा छोड़ दिया जाता है।

लेखक बताते हैं कि इस प्रणाली के गुण (लंबी अवधि, कम उत्केंद्रता, He WD साथी) "चौड़े" (wide) बाइनरी आबादी के अनुरूप हैं, जो अधिक टाइट और पुनर्चक्रित प्रणालियों से भिन्न है। यह खोज इस बात पर जोर देती है कि SMART सर्वेक्षण निरंतर प्रसंस्करण के साथ MSPs की एक महत्वपूर्ण आबादी प्रदान करने की क्षमता रखता है, जो SKA-Low के साथ नियोजित भविष्य के निम्न-आवृत्ति सर्वेक्षणों के लिए एक मूल्यवान संदर्भ प्रदान करेगा। पेपर नोट करता है कि हालांकि वर्तमान डेटा अभी तक एक पूर्ण सुसंगत टाइमिंग समाधान (coherent timing solution) का समर्थन नहीं करता है (अवलोकन कालखंडों के बीच बड़े अंतराल के कारण), प्राप्त कक्षीय मापदंड प्रणाली की प्रकृति को चरित्रित करने के लिए पर्याप्त मजबूत हैं। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि कक्षीय और स्पिन मापदंडों को पूरी तरह से निर्धारित करने और सुसंगत टाइमिंग समाधान की पुष्टि करने के लिए और अधिक अवलोकनों की आवश्यकता है।