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Multiwavelength variability of the high-energy neutrino candidate PKS 0735+178 over three decades

यह शोध पत्र एक उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो घटना से जुड़े BL Lac ऑब्जेक्ट PKS 0735+178 में तीन दशकों की बहु-तरंगदैर्ध्य परिवर्तनशीलता का विश्लेषण करता है, जो आवृत्ति-निर्भर विलंब के साथ सहसंबद्ध उत्सर्जन को प्रकट करता है और एक ~12-दिवसीय ऑप्टिकल-गामा लैग (optical-gamma lag) को दर्शाता है, जो जेट प्रीसेसन के बजाय शॉक और बेस ऊर्जा विविधताओं द्वारा संचालित जेट प्रसार मॉडल का समर्थन करता है।

मूल लेखक: T. Mufakharov (State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Xinjiang Astronomical Observatory of the CAS, Special Astrophysical Observatory of the RAS), Yu. Sotnikova (Special Astrophysical

प्रकाशित 2026-06-23✓ Author reviewed ⓘ

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CC BY 4.0

मूल लेखक: T. Mufakharov (State Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, Xinjiang Astronomical Observatory of the CAS, Special Astrophysical Observatory of the RAS), Yu. Sotnikova (Special Astrophysical Observatory of the RAS, Institute for Nuclear Research of the RAS), V. Vlasyuk (Special Astrophysical Observatory of the RAS), D. Kudryavtsev (Special Astrophysical Observatory of the RAS), A. Pushkarev (Crimean Astrophysical Observatory of the RAS, Astro Space Center, Lebedev Physical Institute of the RAS), A. Mikhailov (Special Astrophysical Observatory of the RAS), M. Khabibullina (Special Astrophysical Observatory of the RAS), Yu. Kovalev (Astro Space Center, Lebedev Physical Institute of the RAS, Institute for Nuclear Research of the RAS), Y. Kovalev (Max-Planck-Institut für Radioastronomie), A. Popkov (Moscow Institute of Physics and Technology, Institute for Nuclear Research of the RAS, Astro Space Center, Lebedev Physical Institute of the RAS), A. Erkenov (Special Astrophysical Observatory of the RAS), O. Spiridonova (Special Astrophysical Observatory of the RAS), T. Semenova (Special Astrophysical Observatory of the RAS), P. Tsybulev (Special Astrophysical Observatory of the RAS, Institute for Nuclear Research of the RAS), D. Nezamov (Kazan Federal University)

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

एक दूरस्थ आकाशगंगा की कल्पना करें, जो अरबों प्रकाश वर्ष दूर है, और एक ब्रह्मांडीय लाइटहाउस (प्रकाश स्तंभ) की तरह कार्य कर रही है। यह आकाशगंगा, जिसे PKS 0735+178 कहा जाता है, ऊर्जा की एक विशाल किरण (एक "जेट") सीधे पृथ्वी की ओर छोड़ती है। इस किरण के भीतर, कणों को प्रकाश की गति के करीब त्वरित किया जाता है, जिससे पूरे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में प्रकाश का एक शानदार प्रदर्शन होता—अदृश्य रेडियो तरंगों से लेकर उच्च-ऊर्जा गामा किरणों और यहाँ तक कि न्यूट्रिनो जैसे रहस्यमयी कणों तक।

यह शोध पत्र इसी विशिष्ट लाइटहाउस की 30 साल की एक जासूसी कहानी है, जो 2021 के अंत में हुई एक रहस्यमय घटना पर केंद्रित है। यहाँ इस कहानी को सरल शब्दों में बताया गया है:

रहस्य: एक ब्रह्मांडीय "पिंग" (संकेत)

दिसंबर 2021 में, अंटार्कटिक में एक विशाल न्यूट्रिनो डिटेक्टर (IceCube) और रूस में एक अन्य (Baikal-GVD) ने एक उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो को पकड़ा। न्यूट्रिनो ब्रह्मांडीय भूतों की तरह होते हैं; वे शायद ही कभी किसी चीज़ के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, इसलिए एक को पकड़ना बहुत बड़ी बात है। जब उन्होंने इस कण के पथ को आकाश में पीछे की ओर ट्रैक किया, तो यह लगभग सीधे PKS 0735+178 की ओर इशारा कर रहा था।

ठीक उसी समय, यह आकाशगंगा बेकाबू हो गई। यह केवल टिमटिमाई नहीं; यह प्रकाश के सभी रंगों में ऊर्जा के एक विशाल विस्फोट (फ्लेयर) के साथ फूट पड़ी। वैज्ञानिक जानना चाहते थे: यह आकाशगंगा कैसे काम करती है? यह अचानक क्यों चमक उठी, ठीक उसी समय जब न्यूट्रिनो पहुँचा? और उस जेट के भीतर क्या हो रहा है?

जांच: 30 वर्षों तक आकाशगंगा को सुनना

शोधकर्ताओं ने केवल 2021 की घटना को नहीं देखा; उन्होंने 1995 से 2026 तक के डेटा को एकत्र किया। उन्होंने आकाशगंगा की रेडियो फुसफुसाहटों को सुनने के लिए एक विशाल "रेडियो आँख" (RATAN-600 टेलीस्कोप) का उपयोग किया, दृश्य प्रकाश को देखने के लिए ऑप्टिकल टेलीस्कोप का और गामा-रे चीखों को पकड़ने के लिए फर्मी सैटेलाइट का उपयोग किया।

आकाशगंगा के जेट को एक विशाल, बहु-परतीय आतिशबाजी के रूप में समझें।

कोर (केंद्र): गहराई में, ब्लैक होल के पास, चीजें गर्म, सघन और अपारदर्शी (आप इनके पार नहीं देख सकते) होती हैं। यहीं उच्च-ऊर्जा वाली चीजें (गामा किरणें और ऑप्टिकल प्रकाश) होती हैं।
बाहरी परतें: जैसे-जैसे आप जेट में नीचे की ओर बढ़ते हैं, गैस पतली और अधिक पारदर्शी होती जाती है। यहीं कम-आवृत्ति वाली रेडियो तरंगें जन्म लेती हैं।

मुख्य खोजें

1. "इको" प्रभाव (समय का विलंब)
जब 2021 में आकाशगंगा चमकी, तो प्रकाश के विभिन्न रंग पृथ्वी पर एक ही समय पर नहीं पहुँचे।

गामा किरणें और दृश्य प्रकाश लगभग तुरंत (एक-दूसरे के कुछ दिनों के भीतर) चमक उठे।
रेडियो तरंगें बहुत बाद में पहुँचीं। रेडियो आवृत्ति जितनी अधिक थी, वह उतनी ही जल्दी पहुँची। सबसे कम रेडियो आवृत्तियों को शुरुआती चमक के बाद आने में 3 साल तक का समय लगा!

उपमा: कल्पना करें कि एक लंबे, मोटे गलियारे में एक शॉकवेव (आघात तरंग) आगे बढ़ रही है।

"धमाका" शुरुआत में होता है (गामा किरणें)।
जैसे-जैसे शॉकवेव गलियारे में नीचे बढ़ती है, वह विभिन्न दरवाजों से टकराती है। पहले कुछ दरवाजे (उच्च-आवृत्ति रेडियो) जल्दी खुल जाते हैं। गलियारे के अंत में स्थित अंतिम कुछ दरवाजे (कम-आवृत्ति रेडियो) को खुलने में वर्षों लग जाते क्योंकि लहर को अधिक "घने" गैस के माध्यम से और दूर तक यात्रा करनी पड़ती है।
यह सिद्ध करता है कि जेट स्तरीकृत (stratified) है: इसमें घनत्व की परतें हैं, और रेडियो तरंगें जेट में अलग-अलग दूरियों से आ रही हैं।

2. 12-दिवसीय अंतराल
वैज्ञानिकों ने कुछ नया पाया: दृश्य प्रकाश के लगभग 12 दिन बाद गामा किरणों का शिखर (peak) आया।

यह क्यों महत्वपूर्ण है: यदि प्रकाश बिल्कुल एक ही छोटे बिंदु से आता, तो वे एक साथ चमकते। यह अंतराल बताता है कि गामा किरणें और दृश्य प्रकाश जेट के दो थोड़े अलग "कमरों" से आ रहे हैं, या प्रकाश बनाने के पीछे का भौतिक विज्ञान थोड़ा अलग है। यह बिजली की चमक देखने और कुछ सेकंड बाद गरज सुनने जैसा है, लेकिन ब्रह्मांडीय पैमाने पर।

3. ब्रह्मांडीय हृदयस्पंदन (11-वर्षीय चक्र)
30 साल के इतिहास को देखते हुए, टीम ने एक लय देखी। रेडियो तरंगें लगभग 11 वर्षों के हृदयस्पंदन (heartbeat) के साथ स्पंदित होती प्रतीत होती हैं।

यह कोई सटीक घड़ी नहीं है; यह एक धीमी, सांस लेने वाली प्रक्रिया की तरह है जहाँ आकाशगंगा जेट के आधार पर ऊर्जा छोड़ती है, जो फिर नीचे की ओर यात्रा करती है और फ्लेयर्स (चमक) पैदा करती है।
दिलचस्प बात यह है कि दृश्य प्रकाश और गामा किरणें इस 11-वर्षीय लय का मजबूती से पालन नहीं करते हैं। उनकी अपनी, छोटी और अधिक अराजक विस्फोट होते हैं। यह सुझाव देता है कि "हृदयस्पंदन" बड़े, धीमे परिवर्तनों को नियंत्रित करता है, जबकि हिंसक फ्लेयर्स जेट के माध्यम से गुजरने वाले अचानक झटकों (shocks) के कारण होते हैं।

4. क्या जेट डगमगा रहा है? (Precession थ्योरी)
कुछ वैज्ञानिकों का मानना है कि यदि आकाशगंगा का जेट एक घूमते हुए लट्टू की तरह डगमगाता है (precession), तो यह इन 11-वर्षीय चक्रों को बना सकता है। शोधकर्ताओं ने इसे मॉडल करने की कोशिश की।

परिणाम: गणित कुछ मामलों में बहुत अच्छा काम करता है, लेकिन इसके लिए जेट को एक बहुत ही अजीब कोण (लगभग 27 डिग्री) पर होना आवश्यक है ताकि प्रकाश को समझाया जा सके।
समस्या: अन्य माप (बहुत तीक्ष्ण रेडियो छवियों का उपयोग करके) कहते हैं कि जेट लगभग सीधे हमारी ओर इशारा कर रहा है (4 डिग्री से कम)।
निष्कर्ष: जेट संभवतः चक्र बनाने के लिए लट्टू की तरह डगमगा नहीं रहा है। 11-वर्षीय लय संभवतः किसी और चीज़ के कारण है, शायद ब्लैक होल द्वारा ऊर्जा को किस्तों में दिए जाने के कारण।

बड़ी तस्वीर

यह शोध पत्र एक उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो और एक दूरस्थ आकाशगंगा में हुए विशाल फ्लेयर के बीच के कड़ियों को जोड़ता है। यह हमें बताता है कि:

न्यूट्रिनो और प्रकाश जुड़े हुए हैं: न्यूट्रिनो संभवतः उसी हिंसक घटना से आया था जिसने आकाशगंगा को चमका दिया।
जेट एक बहु-परतीय केक की तरह है: प्रकाश के विभिन्न प्रकार जेट की विभिन्न गहराइयों से आते हैं।
झटके (Shocks) क्रिया को संचालित करते हैं: फ्लेयर्स जेट में यात्रा करने वाले "शॉक्स" (जैसे ध्वनि विस्फोट) के कारण होते हैं, जो जाते समय विभिन्न परतों को रोशन करते हैं।
यह केवल एक डगमगाहट नहीं है: दीर्घकालिक लय संभवतः इस बात पर निर्भर करती है कि ब्लैक होल जेट को कैसे ऊर्जा देता है, न कि अंतरिक्ष में जेट के डगमगाने पर।

संक्षेप में, PKS 0735+178 एक ब्रह्मांडीय प्रयोगशाला है जहाँ हम एक ब्लैक होल के जेट को धड़कते, डगमगाते और विस्फोट करते हुए देख सकते हैं, जिससे हमें यह समझने में मदद मिलती है कि ब्रह्मांड के सबसे ऊर्जावान इंजन कैसे काम करते हैं।

तकनीकी सारांश: तीन दशकों में उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो उम्मीदवार PKS 0735+178 की बहु-तरंगदैर्ध्य परिवर्तनशीलता

समस्या विवरण
PKS 0735+178 एक शास्त्रीय BL Lac ऑब्जेक्ट है जो उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो घटना IC211208A (171 TeV) से जुड़ा हुआ है। यह स्रोत अपनी अत्यधिक बहु-तरंगदैर्ध्य परिवर्तनशीलता और कम कोण पर देखे जाने वाले सापेक्षिक जेट (relativistic jet) के लिए जाना जाता है, फिर भी विभिन्न आवृत्तियों पर उत्सर्जन क्षेत्रों के बीच भौतिक संबंध, दीर्घकालिक अर्ध-आवधिक व्यवहार की प्रकृति, और न्यूट्रिनो घटना के आसपास की गतिविधि को संचालित करने वाले विशिष्ट तंत्र अभी भी अज्ञात हैं। पिछले अध्ययन मुख्य रूप से अल्पकालिक स्पेक्ट्रल गुणों या अलग-थलग फ्लेयर्स (flares) पर केंद्रित रहे हैं, जिनमें जेट ज्यामिति और विक्षोभ प्रसार (disturbance propagation) को सीमित करने के लिए दशकों लंबे आधार पर स्रोत के टेम्पोरल विकास का एकीकृत विश्लेषण करने का अभाव रहा है।

कार्यप्रणाली
लेखक $\sim$ 30 वर्षों ( $\sim$ 1995–2026) के बहु-तरंगदैर्ध्य डेटा का एक व्यापक विश्लेषण प्रस्तुत करते हैं, जिसमें शामिल है:

रेडियो डेटा: RATAN-600 टेलीस्कोप से 1–22 GHz पर अर्ध-समवर्ती अवलोकन और सबमिलीमीटर एरे (SMA) से 230 GHz डेटा।
ऑप्टिकल डेटा: Zeiss-1000, AS-500/2, KAIT, ZTF, और CRTS टेलीस्कोप से R-बैंड फोटोमेट्री।
गामा-रे डेटा: फ्लेयरिंग अवस्थाओं के दौरान सूक्ष्म संरचनाओं को हल करने के लिए एडेप्टिव बिनिंग का उपयोग करके निर्मित Fermi-LAT लाइट कर्व्स (1.5–300 GeV)।
VLBI बाधाएं: जेट गतिज (kinematics) और भौतिक मापदंडों को व्युत्पन्न करने के लिए MOJAVE और VLBA-BU-BLAZAR डेटा का उपयोग करके 15 और 43 GHz पर कोर-शिफ्ट माप।

विश्लेषण में कई सांख्यिकीय और भौतिक मॉडलिंग तकनीकों का उपयोग किया गया:

क्रॉस-कोरिलेशन: बैंडों के बीच समय अंतराल (time lags) को मापने के लिए डिस्क्रीट कोरिलेशन फंक्शन्स (DCF) का उपयोग किया गया।
स्पेक्ट्रल विश्लेषण: स्पेक्ट्रल इंडेक्स विकास ( $\alpha$ ) को ट्रैक करने के लिए रेडियो स्पेक्ट्रा को तीन प्रमुख फ्लेयरिंग प्रकरणों में समूहीकृत किया गया।
अर्ध-आवधिकता खोज (Quasi-Periodicity Search): रेड-नॉइज़ बैकग्राउंड के विरुद्ध मोंटे कार्लो सिमुलेशन के माध्यम से महत्व का आकलन करते हुए, विशेषता समय-पैमानों का पता लगाने के लिए वेटेड वेवलेट Z-ट्रांसफॉर्म (WWW) और जनरलाइज्ड लोम्ब-स्कार्गल (GLS) पीरियोडोग्राम लागू किए गए।
भौतिक मॉडलिंग:
- शॉक प्रोपेगेशन (Shock Propagation): एक अपारदर्शिता-स्तरीकृत (opacity-stratified) जेट मॉडल का परीक्षण करने के लिए समय विलंब को पावर-लॉ डिपेंडेंस ( $\Delta t \propto \nu^{-1/k_r}$ ) के साथ फिट किया गया।
- जेट प्रीसेशन (Jet Precession): क्या ज्यामितीय प्रभाव दीर्घकालिक मॉड्यूलेशन की व्याख्या कर सकते हैं, यह परीक्षण करने के लिए एक बेयसियन ऑप्टिमाइजेशन मॉडल (UltraNest) का उपयोग करके लाइट कर्व्स को प्रीसेशन परिदृश्य के साथ फिट किया गया।
- VLBI कोर शिफ्ट: जेट दृश्य कोण (viewing angle), आभासी गति, चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति और मैग्नेटिकली अरेस्टेड डिस्क (MAD) सीमा के सापेक्ष चुंबकीय फ्लक्स का अनुमान लगाने के लिए उपयोग किया गया।

प्रमुख परिणाम

आवृत्ति-निर्भर समय विलंब: रेडियो, ऑप्टिकल और $\gamma$ -रे बैंड के बीच लाइट कर्व्स सह-संबंधित हैं, लेकिन रेडियो उत्सर्जन उच्च आवृत्तियों की तुलना में पीछे रहता है। विलंब निम्न आवृत्तियों की ओर व्यवस्थित रूप से बढ़ता है, जो $\gamma$ -रे के सापेक्ष 1–2 GHz पर $\sim$ 1200 दिन तक पहुँच जाता है। यह एक पावर लॉ का अनुसरण करता है जहाँ $k_r = 1.96 \pm 0.24$ है, जो एक अपारदर्शिता-स्तरीकृत जेट के अनुरूप है जहाँ विक्षोभ डाउनस्ट्रीम की ओर प्रसारित होते हैं।
न्यूट्रिनो इवेंट फ्लेयर्स: IC211208A घटना के कुछ दिनों के भीतर ऑप्टिकल और $\gamma$ -रे बैंड में छोटे, चमकीले फ्लेयर्स देखे गए। ऑप्टिकल और $\gamma$ -रे शिखरों के बीच एक मजबूत 12-दिवसीय अंतराल (lag) पाया गया (ऑप्टिकल अग्रणी है), जो गैर-सह-स्थानिक (non-co-spatial) उत्सर्जन क्षेत्रों या एक्सटर्नल कॉम्पटन स्कैटरिंग जैसी प्रक्रियाओं के योगदान का सुझाव देता है। तीसरा प्रमुख रेडियो फ्लेयर (2019–2026) निम्न आवृत्तियों पर इनवर्टेड या फ्लैट स्पेक्ट्रा प्रदर्शित करता है, जो एक सघन, ऑप्टिकली थिक उत्सर्जन क्षेत्र और संवर्धित कण त्वरण का संकेत देता है।
अर्ध-आवधिक परिवर्तनशीलता (Quasi-Periodic Variability): रेडियो और मिलीमीटर बैंड (5–230 GHz) में एक विशेषता परिवर्तनशीलता समय-पैमाना $\sim$ 10–11 वर्ष मजबूती से पता चला ( $\ge 3\sigma$ )। यह मॉड्यूलेशन इन बैंडों में सुसंगत है लेकिन पूरी तरह से आवधिक नहीं है। इसके विपरीत, ऑप्टिकल और $\gamma$ -रे डेटा कमजोर, छोटे-अवधि के संकेतों ( $\sim$ 5–9 वर्ष) को दर्शाते हैं जो समय-स्थानीयकृत और कम सुसंगत हैं।
जेट ज्यामिति और भौतिकी:
- VLBI कोर-शिफ्ट माप एक जेट दृश्य कोण $\theta \approx 3.6^\circ$ और एक आभासी गति $\beta_{app} \approx 0.8c$ प्रदान करते हैं, जो टाइम-डिले से प्राप्त प्रसार गति के अनुरूप है।
- 1 pc पर चुंबकीय क्षेत्र $\sim$ 0.36 G अनुमानित है। MAD सीमा के सापेक्ष चुंबकीय फ्लक्स का अनुपात बताता है कि वर्तमान चमक स्तरों पर अभिवृद्धि डिस्क (accretion disk) MAD अवस्था में नहीं है।
प्रीसेशन मॉडल की सीमाएं: जबकि एक जेट प्रीसेशन मॉडल लाइट कर्व्स के सामान्य आकार को पुनरुत्पादित कर सकता है, प्राप्त पैरामीटर (दृश्य कोण $\sim$ 27.4°) VLBI बाधाओं ( $\theta \sim 1^\circ-3^\circ$ ) के विपरीत हैं। यह इंगित करता है कि केवल प्रीसेशन ही देखी गई परिवर्तनशीलता की व्याख्या नहीं कर सकता है।

महत्व और दावे
यह शोध दावा करता है कि PKS 0735+178 की परिवर्तनशीलता दो अलग-अलग भौतिक प्रक्रियाओं द्वारा नियंत्रित होती है जो अलग-अलग समय-पैमानों पर कार्य करती हैं:

दीर्घकालिक मॉड्यूलेशन: जेट बेस पर ऊर्जा रिलीज में एक धीमी भिन्नता $\sim$ 11 वर्ष की अर्ध-आवधिक मॉड्यूलेशन को संचालित करती है, जो संभवतः अभिवृद्धि प्रवाह या जेट बेस डायनेमिक्स से जुड़ी है, जो विक्षोभ इंजेक्शन की दर को नियंत्रित करती है।
अल्पकालिक फ्लेयर्स: व्यक्तिगत फ्लेयर्स, जिनमें न्यूट्रिनो घटना से जुड़ा फ्लेयर भी शामिल है, एक अपारदर्शिता-स्तरीकृत जेट के माध्यम से डाउनस्ट्रीम की ओर बढ़ते हुए शॉक से उत्पन्न होते हैं। आवृत्ति-निर्भर विलंब और स्पेक्ट्रल विकास स्वाभाविक रूप से विभिन्न दूरियों पर सिनक्रोट्रॉन फोटोस्फीयर्स को पार करने वाले शॉक द्वारा समझाया जा सकता है।

यह अध्ययन इस स्रोत के लिए ऑप्टिकल और $\gamma$ -रे उत्सर्जनों के बीच 12-दिवसीय अंतराल के पहले विश्वसनीय माप प्रदान करता है, जो सरल वन-ज़ोन सिनक्रोट्रॉन सेल्फ-कॉम्पटन परिदृश्यों को चुनौती देता है। इसके अलावा, VLBI कोर-शिफ्ट और रेडियो टाइम डिले के बीच स्वतंत्र बाधाओं के बीच की निरंतरता, एक स्तरीकृत प्रवाह (stratified flow) में शॉक प्रोपेगेशन के एकीकृत परिदृश्य का पुरजोर समर्थन करती है। न्यूट्रिनो घटना का मल्टी-वेवलेंथ फ्लेयर के साथ टेम्पोरल क्लस्टरिंग, उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो उत्पादन के साथ PKS 0735+178 के संबंध को पुख्ता करता है, जो संभवतः जेट के आंतरिक, ऑप्टिकली थिक क्षेत्रों में होता है।

रहस्य: एक ब्रह्मांडीय "पिंग" (संकेत)

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