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A FAST search for radio pulsations during the dormant state of the AMSPs IGR J00291+5934 and MAXI J1957+032

फाइव-हंड्रेड-मीटर अपर्चर स्फेरिकल टेलिस्कोप (FAST) का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक्यूटिंग मिलीसेकंड पल्सर (AMSP) IGR J00291+5934 और MAXI J1957+032 की शांत अवस्थाओं के दौरान स्पंदनों (pulsations) के लिए एक गहन एल-बैंड रेडियो खोज संचालित की, लेकिन कोई संकेत नहीं पाया, जिससे अब तक के निरंतर AMSPs के लिए पल्स्ड रेडियो फ्लक्स डेंसिटी पर सबसे कड़े ऊपरी सीमाएं स्थापित हुईं।

मूल लेखक: A. Marino, E. Parent, F. Coti Zelati, M. C. Baglio, A. Papitto, A. Sanna, A. Anitra, C. Kazantsev, N. Rea, A. Borghese, L. Burderi, T. Di Salvo, C. Espinoza, X. Hou, R. Iaria, G. Illiano, D. M. Russel

प्रकाशित 2026-06-19

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CC BY 4.0

मूल लेखक: A. Marino, E. Parent, F. Coti Zelati, M. C. Baglio, A. Papitto, A. Sanna, A. Anitra, C. Kazantsev, N. Rea, A. Borghese, L. Burderi, T. Di Salvo, C. Espinoza, X. Hou, R. Iaria, G. Illiano, D. M. Russell, R. Sathyaprakash

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 ब्रह्मांड एक विशाल, शोर-शराबे वाला डांस फ्लोर है। इस फ्लोर के केंद्र में, दो बहुत ही विशिष्ट प्रकार के नर्तक हैं: एक्रीटिंग मिलीसेकंड पल्सर (AMSPs) और ट्रांजिशनल मिलीसेकंड पल्सर (tMSPs)।

ये दोनों मूल रूप से मृत तारे (न्यूट्रॉन तारे) हैं जो पहले धीरे-धीरे घूमते थे। लेकिन उन्हें एक साथी (एक छोटा तारा) मिला और उन्होंने उसका "खाना" (गैस और धूल) चुराना शुरू कर दिया। इस भोजन को खाते हुए, वे अविश्वसनीय रूप से तेज़ घूम गए—प्रति सेकंड सैकड़ों बार—जैसे कोई फिगर स्केटर अपने हाथों को अंदर की ओर खींचकर अपनी गति बढ़ा लेता है।

यहाँ वह रहस्य है जिसकी यह शोध-पत्र जाँच करता है:

tMSPs बहुमुखी नर्तकों की तरह हैं। जब वे खा रहे होते हैं (पदार्थ का एकत्रीकरण कर रहे होते हैं), तो वे एक्स-रे में चमकते हैं। लेकिन जब वे खाना समाप्त कर "शांत" अवस्था में चले जाते हैं, तो वे अचानक एक रेडियो बीकन चालू कर देते हैं, एक लाइटहाउस की तरह संकेत चमकाते हैं जिसे हम पृथ्वी से देख सकते हैं।
AMSPs ज़िद्दी चचेरे भाइयों की तरह हैं। वे भी खाते हैं और तेज़ घूमते हैं, और वे एक्स-रे में चमकते हैं। लेकिन जब वे खाना समाप्त कर शांत हो जाते हैं, तो सैद्धांतिक रूप से उन्हें वही रेडियो लाइटहाउस चालू कर देना चाहिए। फिर भी, वर्षों तक देखने के बाद भी, हमने कभी उन्हें चालू होते नहीं देखा है। वे बस शांत हो जाते हैं।

अध्ययन का लक्ष्य
लेखक FAST टेलीस्कोप का उपयोग करके इस रहस्य को सुलझाना चाहते थे, जो दुनिया का सबसे बड़ा, सबसे संवेदनशील कान है (चीन में एक 500-मीटर की डिश)। उन्होंने इन दो विशिष्ट AMSPs, जिनका नाम IGR J00291+5934 और MAXI J1957+032 है, को उनके "शांत" समय के दौरान बहुत ध्यान से सुनने का निर्णय लिया।

इसे एक लाइब्रेरी में फुसफुसाहट सुनने की तरह समझें। लेखक यह देखना चाहते थे कि क्या इन दो "ज़िद्दी" तारों ने अंततः अपने रेडियो संकेतों को फुसफुसाया, या वे वास्तव में मौन थे।

उन्होंने यह कैसे किया

सेटअप: उन्होंने इन दो तारों के लिए लगभग 20 से 50 मिनट तक विशाल FAST कान को निर्देशित किया।
सुरक्षा जाँच: रेडियो फुसफुसाहट सुनने से पहले, उन्होंने एक्स-रे टेलीस्कोप (Swift) और ऑप्टिकल कैमरों (Las Cumbres Observatory) का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया कि तारे वास्तव में "शांत" थे। वे यह पुष्टि करना चाहते थे कि तारों ने खाना बंद कर दिया है। यदि तारे अभी भी खा रहे होते, तो रेडियो संकेत भोजन के शोर द्वारा दबा दिया जा सकता था।
- परिणाम: जाँचों ने पुष्टि की कि तारे वास्तव में शांत थे। "भोजन" समाप्त हो गया था।
खोज: उन्होंने रेडियो डेटा में एक दोहरा पैटर्न (पल्स) खोजने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटरों का उपयोग किया जो इन तारों की ज्ञात घूमने की गति से मेल खाता हो। उन्होंने संकेतों को व्यापक रेंज की आवृत्तियों (frequencies) पर खोजा, ताकि यदि संकेत छिपा हुआ या स्थानांतरित हो गया हो, तो भी उसे पकड़ा जा सके।

निष्कर्ष
परिणाम "रेडियो लाइटहाउस" सिद्धांत के लिए निराशाजनक था लेकिन विज्ञान के लिए बहुत महत्वपूर्ण था:

कोई रेडियो संकेत नहीं मिला: दुनिया के सबसे अच्छे कान होने के बावजूद, उन्हें कुछ भी सुनाई नहीं दिया। कोई रेडियो पल्स नहीं मिला।
सन्नाटा गहरा है: उन्होंने गणना की कि यदि ये तारे रेडियो संकेत भेज रहे होते, तो वे अविश्वसनीय रूप से मंद होते—उन किसी भी अन्य ज्ञात AMSP से भी अधिक मंद, जिन्हें हमने खोजने का प्रयास किया है। उन्होंने लगभग 3 से 6 माइक्रो-जेंस्की का एक "साइलेंस लिमिट" (ऊपरी सीमा) निर्धारित किया। इसे समझने के लिए, यह एक मील दूर से झींगुर की चहचहाहट सुनने की कोशिश करने जैसा है, और इतना संवेदनशील माइक्रोफोन भी उसे नहीं पकड़ सका।

उन्हें कुछ भी क्यों नहीं सुनाई दिया?
शोध-पत्र सुझाव देता है कि ये तारे शांत होने पर भी "मूक" क्यों हो सकते हैं, इसके कुछ कारण हैं:

वे बस बहुत मंद हैं: हो सकता है कि ये विशिष्ट तारे स्वाभाविक रूप से "अल्ट्रा-फेंट" रेडियो तारे हों, जो अपने चचेरे भाइयों की तुलना में कमजोर हों।
बीम चूक गया: एक लाइटहाउस की कल्पना करें। यदि प्रकाश की बीम घूम रही है लेकिन आपकी तरफ नहीं है, तो आप उसे नहीं देखेंगे। शायद इन तारों से निकलने वाली रेडियो बीम बस पृथ्वी की ओर नहीं है।
गैस का "कोहरा": यह सबसे दिलचस्प सिद्धांत है। लेखक सुझाव देते हैं कि भले ही तारों ने खाना बंद कर दिया हो, लेकिन भोजन से बची हुई गैस की एक पतली, अदृश्य "धुंध" या "कोहरा" तारे के चारों ओर मौजूद हो सकता है। यह कोहरा रेडियो तरंगों को अवशोषित या बिखेर सकता है, जो एक मोटे कंबल की तरह काम करता है जो हमारे तक पहुँचने से पहले ध्वनि को दबा देता है। यह उन प्रणालियों में अधिक होने की संभावना है जहाँ तारे बहुत करीब (छोटी कक्षीय अवधि वाले) होते हैं।

मुख्य बात
यह शोध-पत्र "लापता रेडियो संकेत की खोज" का एक बहुत ही गहन अध्ययन है। लेखकों ने इन दो शांत तारों को सुनने के लिए उपलब्ध सर्वोत्तम उपकरणों का उपयोग किया। उन्हें कुछ भी नहीं मिला। यह इस बढ़ते प्रमाणों की सूची में जुड़ता है कि AMSPs मौलिक रूप से tMSPs से भिन्न हो सकते हैं। जबकि tMSPs खाना बंद करने पर खुशी-खुशी अपने रेडियो बीकन चालू कर देते हैं, AMSPs शायद शांत रहते हैं, शायद इसलिए क्योंकि वे बहुत मंद हैं, गलत दिशा में इशारा कर रहे हैं, या क्योंकि वे अभी भी एक "कोहरे" से घिरे हुए हैं जो संकेत को रोकता है।

अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि इसने पूरे रहस्य को सुलझा लिया है, लेकिन इसने अब तक के सबसे सख्त नियम निर्धारित किए हैं कि ये तारे कितने शांत हो सकते हैं, जिससे भविष्य के खगोलविदों को यह जानने में मदद मिलेगी कि उनके अगले "कानों" को उन्हें आखिरकार सुनने के लिए कितने संवेदनशील होने की आवश्यकता है।

तकनीकी सारांश: सुप्त AMSPs में रेडियो पल्सेशन के लिए एक FAST खोज

समस्या विवरण
एक्रीटिंग मिलीसेकंड पल्सर (AMSPs) और ट्रांजिशनल मिलीसेकंड पल्सर (tMSPs) लो-मास एक्स-रे बाइनरी (LMXBs) का प्रतिनिधित्व करते हैं जिनमें न्यूट्रॉन तारे सैकड़ों हर्ट्ज़ की दर से घूमते हैं। जबकि tMSPs को शमन (quiescence) के दौरान एक्रीशन-पावर्ड एक्स-रे अवस्थाओं और रोटेशन-पावर्ड रेडियो पल्सर अवस्थाओं के बीच संक्रमण करते हुए जाना जाता है, शांत (quiescent) AMSPs में रेडियो पल्सेशन कभी भी नहीं देखे गए हैं, सिवाय IGR J18245−2452 के। यह विसंगति "पल्सर रिसाइकिलिंग परिदृश्य" पर मौलिक प्रश्न उठाती है: क्या AMSPs और tMSPs अलग-अलग विकासवादी वर्ग हैं या एक निरंतर अनुक्रम के विभिन्न चरण हैं? विशेष रूप से, यह स्पष्ट नहीं है कि क्या एक्रीशन रुकने पर AMSPs रेडियो पल्सर के रूप में बंद हो जाते हैं, या वे अवशिष्ट एक्रीशन डिस्क, ग्रहण (eclipses), या फ्री-फ्री स्कैटरिंग जैसे बाहरी कारकों के कारण रेडियो-शांत रहते हैं।

कार्यप्रणाली
लेखकों ने L-बैंड (1–1.5 GHz) में फाइव-हंड्रेड-मीटर अपर्चर स्फेरिकल टेलिस्कोप (FAST) का उपयोग करके दो AMSPs, IGR J00291+5934 और MAXI J1957+032 के गहन रेडियो अवलोकन किए। इन लक्ष्यों का चयन इसलिए किया गया क्योंकि वे FAST स्थान से दिखने वाले ज्ञात AMSPs में से एकमात्र हैं (Aql X−1 के साथ)।

अवलोकन:
- IGR J00291+5934: 22 सितंबर और 23 अक्टूबर, 2022 को दो 50-मिनट के अवलोकन।
- MAXI J1957+032: 8 अक्टूबर, 2023 को एक 20-मिनट का अवलोकन।
- सिग्नल को सर्कमबाइनरी सामग्री द्वारा ग्रहण होने से बचाने के लिए अवलोकनों को पल्सर के इन्फीरियर कंजंक्शन (inferior conjunction) के समय निर्धारित किया गया था।
बहु-तरंगदैर्ध्य संदर्भ (Multi-wavelength Context): यह सत्यापित करने के लिए कि स्रोत शांत अवस्था (कम-ल्यूमिनोसिटी एक्स-रे अवस्था) में थे, लेखकों ने Swift (एक्स-रे) और लास कुम्ब्रेस ऑब्जर्वेटरी (ऑप्टिकल) के साथ समकालिक या निकट-समकालिक अवलोकन किए।
डेटा विश्लेषण:
- रेडियो: डेटा को PREDO सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग करके प्रोसेस किया गया। लेखकों ने 0 से 400 pc cm⁻³ तक के डिस्पर्शन मेजर (DM) के लिए एक ब्लाइंड सर्च आयोजित की।
- खोज तकनीकें:
  1. ब्रूट-फोर्स फोल्डिंग: ज्ञात एक्स-रे एपhemerides का उपयोग करते हुए, जो अनुमानित स्पिन फ्रीक्वेंसी के आसपास त्वरण खोज (acceleration searches) की अनुमति देता है।
  2. त्वरण/जर्क खोज (Acceleration/Jerk search): ऑर्बिटल इवोल्यूशन और उच्च-क्रम त्वरण प्रभावों को ध्यान में रखने के लिए accelsearch रूटीन का उपयोग करना, क्योंकि अवलोकन की अवधि ऑर्बिटल पीरियड का ~30% थी।
  3. असेंडिंग नोड खोज: संभावित $T_{asc}$ ड्रिफ्ट्स को ठीक करने के लिए SPIDER_TWISTER का उपयोग करना।
  4. सिंगल-पल्स खोज: छिटपुट बर्स्ट की खोज के लिए single_pulse_search.py का उपयोग करना।
- ऊपरी सीमाएँ (Upper Limits): पता न चलने की स्थिति में, लेखकों ने पल्स ड्यूटी साइकिल ( $\delta$ ) के आधार पर खोज दक्षता ( $E(\delta)$ ) को सुधारते हुए रेडियोमीटर समीकरण का उपयोग करके न्यूनतम पता लगाने योग्य फ्लक्स डेंसिटी ( $S_{min}$ ) की गणना की।

मुख्य परिणाम

गैर-पता चलना (Non-Detection): न तो उनके ज्ञात स्पिन फ्रीक्वेंसी पर और न ही अन्य फ्रीक्वेंसी पर, दोनों स्रोतों के लिए कोई महत्वपूर्ण सुसंगत आवधिक रेडियो सिग्नल नहीं पाए गए। कोई भी ठोस सिंगल-पल्स उम्मीदवार नहीं मिला।
अवस्था सत्यापन:
- एक्स-रे: Swift अवलोकनों ने एक्स-रे ल्यूमिनोसिटी ( $L_X$ ) के ऊपरी स्तर $< 4.2 - 5.5 \times 10^{32}$ erg s⁻¹ (0.5–10 keV) स्थापित किए। ये मान tMSP के विशिष्ट "डिस्क स्टेट्स" ( $10^{33} - 10^{34}$ erg s⁻¹) से नीचे हैं, जो सुझाव देते हैं कि स्रोत शमन (quiescence) में थे।
- ऑप्टिकल: IGR J00291+5934 के लिए, ऑप्टिकल ऊपरी सीमाएँ ( $i' > 19.9 - 21.6$ mag) पिछले शांत मापों के अनुरूप थीं और आउटबर्स्ट अवस्थाओं की तुलना में काफी कम थीं।
फ्लक्स डेंसिटी सीमाएँ: एक विशिष्ट मिलीसेकंड पल्सर ड्यूटी साइकिल 10% मानते हुए, लेखकों ने अब तक की सबसे सख्त ऊपरी सीमाएं प्राप्त कीं:
- IGR J00291+5934: $S_{min} < 3.3$ µJy।
- MAXI J1957+032: $S_{min} < 5.6$ µJy।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र दावा करता है कि ये परिणाम शांत AMSPs के लिए अब तक की सबसे गहरी खोज का प्रतिनिधित्व करते हैं। लेखक निम्नलिखित निहितार्थों पर प्रकाश डालते हैं:

गैर-पता चलन की पुष्टि: ये परिणाम ऐतिहासिक पैटर्न को पुख्ता करते हैं जहाँ ~90% शांत AMSPs रेडियो पल्सेशन दिखाने में विफल रहते हैं, जो tMSPs के विपरीत है।
विकासवादी अंतर: AMSPs में रेडियो सक्रियता की निरंतर कमी यह सुझाव देती है कि वे tMSPs की तरह ही रोटेशन-पावर्ड रेडियो पल्सर अवस्था में संक्रमण नहीं करते हैं। यह इस विचार को चुनौती देता है कि वे केवल एक ही विकासवादी अनुक्रम के विभिन्न चरण हैं।
वैकल्पिक स्पष्टीकरण: गैर-पता चलने के कारणों के रूप में रेडियो मंदता के अलावा अन्य कारकों पर चर्चा की गई है, जिनमें शामिल हैं:
- अवशिष्ट एक्रेशन (Residual Accretion): एक मंद, अवशिष्ट एक्रेशन डिस्क रेडियो उत्सर्जन को दबा सकती है (हालांकि एक्स-रे सीमाएं एक "डिस्क स्टेट" की संभावना को कम करती हैं)।
- ज्यामितीय कारक (Geometric Factors): पल्सर बीम दृष्टि रेखा (line of sight) को काट नहीं सकती है (संभावना ~66%)।
- फ्री-फ्री स्कैटरिंग: पल्सर के चारों ओर की सामग्री (संभवतः एक "रेडियो-इजेक्शन" तंत्र द्वारा संचालित) रेडियो तरंगों को अवशोषित कर सकती है। लेखक नोट करते हैं कि AMSPs के साथ एक संभावित रुझान है जहाँ छोटे ऑर्बिटल पीरियड वाले (अधिक कॉम्पैक्ट सिस्टम) इस प्रभाव के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं।
सेक्युलर स्पिन-डाउन: रेडियो पल्सर सक्रियण की कमी का अर्थ है कि कुछ AMSPs में देखा गया सेक्युलर स्पिन-डाउन शमन के दौरान मैग्नेटिक डायपोल रेडिएशन के कारण नहीं हो सकता, जो अन्य तंत्रों जैसे अवशिष्ट टॉर्क या कमजोर प्रोपेलर चरणों की ओर संकेत करता है।

लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि हालांकि FAST अभूतपूर्व संवेदनशीलता प्रदान करता है, इन लक्ष्यों में रेडियो पल्सेशन का पता न चलना यह सुझाव देता है कि या तो AMSPs स्वाभाविक रूप से रेडियो-मंद हैं, या पर्यावरणीय कारक (जैसे इंट्रा-बाइनरी सामग्री) पहचान को रोकते हैं। यह निश्चित रूप से हल करने के लिए कि क्या AMSPs कभी शांत अवस्था में रेडियो पल्सर के रूप में सक्रिय हो सकते हैं, स्क्वायर किलोमीटर एरे (SKA) जैसे संस्थानों के साथ भविष्य की निगरानी आवश्यक है।

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