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Discovery of sulfur oxides in the ejecta of a B[e] supergiant

ALMA अवलोकनों का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने B[e] सुपरजाइंट HD 87643 के इजेक्टा में सल्फर ऑक्साइड और अन्य सल्फर-युक्त प्रजातियों का पता लगाया है, जो एक तेजी से विकसित होते, ऑक्सीजन-समृद्ध रासायनिक वातावरण को प्रकट करता है जहाँ तीव्र फोटोकैमिस्ट्री प्रारंभिक पृथ्वी पर होने वाली प्रक्रियाओं के समान द्रव्यमान-स्वतंत्र आइसोटोपिक प्रभाजन (mass-independent isotopic fractionation) को संचालित करती है।

मूल लेखक: C. Bordiu, J. Ricardo Rizzo, D. Navarro-Almaida, A. Fuente, F. Bufano, G. Umana, S. Loru, A. C. Ruggeri, C. Buemi, F. Cavallaro, L. Cerrigone, A. Ingallinera, P. Leto, S. Riggi, C. Trigilio

प्रकाशित 2026-07-03

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CC BY 4.0

मूल लेखक: C. Bordiu, J. Ricardo Rizzo, D. Navarro-Almaida, A. Fuente, F. Bufano, G. Umana, S. Loru, A. C. Ruggeri, C. Buemi, F. Cavallaro, L. Cerrigone, A. Ingallinera, P. Leto, S. Riggi, C. Trigilio

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

एक विशाल, उम्रदराज तारे की कल्पना करें जिसका नाम HD 87643 है। यह एक "B[e] सुपरजायंट" है, जो एक शानदार तरीका है यह कहने का कि यह एक चमकदार, गर्म और अल्पकालिक विशालकाय तारा है जो वर्तमान में सांप के केंचुली छोड़ने की तरह अपनी बाहरी परतों को त्याग रहा है। लंबे समय तक, खगोलविदों ने सोचा था कि इन तारों से निकलने वाली तीव्र पराबैंगनी (UV) रोशनी एक जीवाणुनाशक रे ज़ी (sterilizing ray gun) की तरह थी: यह इतनी शक्तिशाली थी कि इसे आसपास की गैस में मौजूद किसी भी जटिल अणु को जलाकर नष्ट कर देना चाहिए था, जिससे केवल सरल परमाणु और धूल ही बचती।

बड़ी खोज: "वर्जित" अणुओं की प्राप्ति
चिली में स्थित ALMA नामक एक शक्तिशाली टेलीस्कोप एरे का उपयोग करके, वैज्ञानिकों की टीम ने HD 87643 के चारों ओर घूम रहे गैस के बादल का बारीकी से निरीक्षण करने का निर्णय लिया। उन्हें उम्मीद थी कि वहां ज्यादातर साधारण चीजें ही मिलेंगी, लेकिन इसके बजाय, उन्हें एक रासायनिक खजाना मिला।

उन्होंने अणुओं का एक समृद्ध मिश्रण खोजा, जिसमें सल्फर ऑक्साइड (SO और SO2) शामिल थे। इसे ऐसे समझें जैसे किसी ऐसे घर में पूरी तरह से सुसज्जित रसोई मिलना जिसे हर कोई सोच रहा था कि उसमें आग लगी हुई है। इस प्रकार के गर्म, विशाल तारे के आसपास इन विशिष्ट सल्फर-आधारित अणुओं को खोजने वाले वैज्ञानिक पहली बार हैं। यह साबित करता है कि इन कठोर, उच्च-विकिरण वाले वातावरणों में भी जटिल रसायन विज्ञान हो सकता है।

"भारी" सल्फर का रहस्य
यहाँ कहानी बहुत अजीब हो जाती है। सल्फर अलग-अलग "स्वादों" में आता है जिन्हें आइसोटोप कहा जाता है। सबसे सामान्य स्वाद एक मानक सेब की तरह है, जबकि एक दुर्लभ स्वाद (सल्फर-33) एक थोड़े भारी, सुनहरे सेब की तरह है। हमारे सौर मंडल में, प्रत्येक 127 मानक सेबों के लिए, आपको एक सुनहरा सेब मिलता है।

हालाँकि, HD 87643 के आसपास के गैस बादल में, खगोलविदों ने कुछ विचित्र पाया: प्रत्येक 15 मानक सेबों के लिए, एक सुनहरा सेब था। दुर्लभ स्वाद का अनुपात उम्मीद से लगभग दस गुना अधिक था।

व्याख्या: एक ब्रह्मांडीय "सेल्फ-शील्डिंग" (स्व-सुरक्षा) चाल
यह कैसे हुआ? शोध पत्र सुझाव देता है कि यह इसलिए नहीं हुआ क्योंकि तारे ने उसके केंद्र में अतिरिक्त सुनहरे सेब (परमाणु संलयन द्वारा) बनाए, बल्कि यह प्रकाश और छाया की एक चाल है जिसे "मास-इंडिपेंडेंट फ्रैक्शनेशन" (द्रव्यमान-स्वतंत्र प्रभाजन) कहा जाता है।

कल्प цикла की कल्पना करें जहाँ बहुत चमकीली स्पॉटलाइट के सामने लोगों की भीड़ खड़ी है।

मानक सेब (सल्फर-32) इतने अधिक संख्या में हैं कि वे कंधे से कंधा मिलाकर खड़े हैं, जो प्रकाश को पीछे खड़े लोगों तक पहुँचने से रोक रहे हैं। वे एक "ढाल" बनाते हैं जो खुद को स्पॉटलाइट की विनाशकारी शक्ति से बचाता है।
सुनहरे सेब (सल्फर-33) इतने दुर्लभ हैं कि वे एक-दूसरे से बहुत दूर बिखरे हुए हैं। प्रकाश मानक सेबों के बीच से आसानी से निकल जाता है और सीधे सुनहरे सेबों से टकराता है।

क्योंकि सुनहरे सेबों से प्रकाश अधिक बार टकराता है, वे टूट जाते हैं (फोटोडिसोसिएशन) और उन अणुओं में बदल जाते हैं जिन्हें खगोलविदों ने पता लगाया। मानक सेब, अपनी बड़ी संख्या के कारण सुरक्षित रहते हैं, और अधिक समय तक बरकरार रहते हैं। यह एक ऐसी स्थिति पैदा करता है जहाँ "टूटे हुए" सुनहरे टुकड़े मानक वाले के मुकाबले आश्चर्यजनक रूप से प्रचुर मात्रा में होते हैं।

यह क्यों महत्वपूर्ण है
शोध पत्र इस ब्रह्मांडीय चाल की तुलना पृथ्वी के वायुमंडल (आर्कियन युग के दौरान) के साथ करता, जो जीवन के अस्तित्व में आने से पहले अरबों साल पहले था। ठीक इस तारे के तंत्र की तरह, प्राचीन पृथ्वी का वायुमंडल भी इसी तरह के प्रकाश-परिरक्षण प्रभावों (light-shielding effects) से गुजर रहा होगा जिसने हमारे वायुमंडल की रासायनिक संरचना को बदल दिया होगा।

निष्कर्ष
यह तारा एक अद्वितीय प्रयोगशाला के रूप में कार्य कर रहा है। यह हमें दिखाता है कि:

जटिल रसायन विज्ञान सबसे प्रतिकूल, UV-प्रहारित वातावरणों में भी जीवित रह सकता है।
तारे के चारों ओर की गैस युवा है और तेजी से बदल रही है (लगभग 10,000 वर्षों में विकसित हो रही है), जो संभवतः तारे से निकले पदार्थ के हालिया विस्फोट के कारण है।
सल्फर आइसोटोप का अजीब मिश्रण तीव्र प्रकाश और गैस की परस्पर क्रिया का परिणाम है, न कि आवश्यक रूप से इस बात का कि तारे का जन्म कैसे हुआ था।

संक्षेप में, HD 87643 एक ब्रह्मांडीय ड्रामा है जहाँ प्रकाश, छाया और रसायन विज्ञान एक जटिल नृत्य कर रहे हैं, जो हमें यह समझने में मदद करते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में जीवन के लिए आवश्यक सामग्रियां कैसे बदली गई होंगी।

तकनीकी सारांश: एक B[e] सुपरजाइंट के इजेक्टा में सल्फर ऑक्साइड की खोज

समस्या और संदर्भ
B[e] सुपरजाइंट्स (sgB[e]) दुर्लभ, चमकदार, विकसित विशाल तारे हैं जो धूल भरे परिधीय डिस्क और तीव्र पराबैंगनी (UV) विकिरण क्षेत्रों द्वारा पहचाने जाते हैं। ऐतिहासिक रूप से, यह माना जाता था कि ये तीव्र UV क्षेत्र आसपास के वातावरण को निर्जीव (sterilize) कर देते हैं, जिससे कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) से परे जटिल अणुओं का जीवित रहना असंभव हो जाता है। फलस्वरूप, sgB[e] तारों के रासायनिक भंडार काफी हद तक अनछुए रहे, जिससे इन तारों में जटिल आणविक रसायन विज्ञान को बनाए रखने की उनकी क्षमता से जुड़े मौलिक प्रश्न अनुत्तरित रह गए। हालांकि कुछ मामलों में CO का पता चला है, लेकिन इस श्रेणी के तारों में सल्फर-युक्त प्रजातियों की पुष्टि कभी नहीं हुई थी, जबकि सल्फर जीवन के लिए एक मौलिक तत्व है और ब्रह्मांड में दसवां सबसे प्रचुर तत्व है।

कार्यप्रणाली
लेखकों ने HD 87643 (V640 Car) नामक sgB[e] तारे के पहले मिलीमीटर सर्वेक्षण को संचालित करने के लिए एटाकामा लार्ज मिलीमीटर/सबमिलीमीटर एरे (ALMA) के एटाकामा कॉम्पैक्ट एरे (ACA) का उपयोग किया। अवलोकन ALMA चक्र 10 कार्यक्रम ULISSES का हिस्सा थे, जो मई 2024 में किए गए थे, जिससे कुल ऑन-सोर्स एकीकरण समय 2.9 घंटे प्राप्त हुआ। पूरे Hα नेबुला के विस्तार को कवर करने के लिए एक 90"×90" मोज़ेक का उपयोग किया गया था।

डेटा रिडक्शन CASA और ALMA पाइपलाइन का उपयोग करके किया गया, जिसके परिणामस्वरूप एक कंटिन्यूम मैप और चार स्पेक्ट्रल क्यूब्स प्राप्त हुए जिनका सिंथेसाइज़्ड बीम 7.1"×4.7" था। विश्लेषण में शामिल था:

स्पेक्ट्रल पहचान: चार स्पेक्ट्रल विंडोज़ (218–232 GHz) में आणविक संक्रमणों (molecular transitions) की पहचान करना।
रेडिएटिव ट्रांसफर मॉडलिंग: प्रेक्षित स्पेक्ट्रा पर सिंथेटिक लोकल थर्मोडायनामिक इक्विलिब्रियम (LTE) मॉडल फिट करने के लिए MADCUBA सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग करना। उत्तेजना तापमान ( $T_{ex}$ ) को ऑप्टिकल से रेडियो तरंगों तक SED को फिट करके नियंत्रित किया गया, जिससे धूल का तापमान 20–80 K प्राप्त हुआ।
केमिकल मॉडलिंग: प्रेक्षित OCS, SO, SO $_2$ , HNCO, और H $_2$ CO की भिन्नात्मक प्रचुरता (fractional abundances) को पुनरुत्पादित करने के लिए गैस-ग्रेन केमिकल कोड NAUTILUS का उपयोग किया गया। मॉडलों ने ऑक्सीजन-समृद्ध वातावरण (C/O $\approx$ 0.4) और अनडिप्लीटेड (undepleted) सल्फर मानते हुए, सर्वोत्तम फिट खोजने के लिए गैस घनत्व ( $10^5$ – $10^8$ cm $^{-3}$ ) और रासायनिक कालक्रम (chemical timescales) में भिन्नता की।

मुख्य परिणाम
अवलोकनों ने HD 87643 के आसपास एक रासायनिक रूप से समृद्ध आणविक गैस वातावरण का खुलासा किया, जो एक प्रारंभिक-प्रकार के विकसित विशाल तारे में सल्फर-युक्त प्रजातियों की पहली पुष्ट पहचान है।

आणविक सूची: दस विशिष्ट आणविक प्रजातियों का पता चला: CO, $^{13}$ CO, OCS, H $_2$ CO, SO, $^{33}$ SO, SO $_2$ , HNCO, O $^{13}$ CS, और $^{13}$ CS।
स्थानिक वितरण: CO और $^{13}$ CO उत्सर्जन ने दो घटक दिखाए: ऑप्टिकल नेबुला का अनुसरण करने वाले बिखरे हुए क्लंप्स (clumps) और तारकीय स्थिति पर एक केंद्रीय, हल (resolved) घटक। अन्य सभी पहचानी गई प्रजातियां अनरिज़ॉल्व्ड (unresolved) थीं और केंद्रीय तारकीय स्थिति के साथ संपाती (coincident) थीं, जो एक कॉम्पैक्ट परिप्राथमिक डिस्क के बजाय एक सर्कमबाइनरी उत्पत्ति का सुझाव देती हैं।
प्रचुरता: SO $_2$ को CO और $^{13}$ CO के बाद तीसरी सबसे प्रचुर प्रजाति पाया गया। 50 K के उत्तेजना तापमान पर, H $_2$ के सापेक्ष SO $_2$ की भिन्नात्मक प्रचुरता $1.1 \times 10^{-5}$ है, जो लगभग कॉस्मिक सल्फर प्रचुरता के बराबर है। यह दर्शाता है कि उपलब्ध अधिकांश सल्फर SO $_2$ में लॉक है, और धूल के कणों में कोई महत्वपूर्ण डिप्लीशन नहीं हुआ है। SO $_2$ /SO प्रचुरता अनुपात असाधारण रूप से उच्च (10–150) है, जो ठंडे सुपरजाइंट एनवेलप के विपरीत है जहाँ आमतौर पर SO अधिक प्रचुर होता है।
रासायनिक कालक्रम: केमिकल मॉडलिंग इंगित करती है कि देखे गए प्रचुरता, विशेष रूप से उच्च SO $_2$ , एक घने ( $0.3–1.6 \times 10^7$ cm $^{-3}$ ), ऑक्सीजन-समृद्ध वातावरण में $\sim 10^4$ वर्षों के लघु रासायनिक कालक्रम में पुनरुत्पादित होती है। यह एक तेजी से विकसित हो रहे, गैर-इक्विलिब्रियम चरण का सुझाव देता है, जो संभवतः हालिया द्रव्यमान उत्सर्जन या बाइनरी मास ट्रांसफर से जुड़ा है।
आइसोटोपिक विसंगति: अध्ययन ने $\sim 15$ का असामान्य रूप से कम $^{32}$ SO/ $^{33}$ SO अनुपात मापा, जो सौर मंडल के मूल्यों के सापेक्ष $^{33}$ S की लगभग एक क्रम की समृद्धि (enrichment) को दर्शाता है। मानक न्यूक्लियोसिंथेटिक प्रक्रियाएं (विशाल तारों में कमजोर s-प्रक्रिया) इस स्तर की समृद्धि की व्याख्या नहीं कर सकती हैं।

महत्व और व्याख्या
यह शोध तर्क देता है कि असामान्य $^{32}$ SO/ $^{33}$ SO अनुपात न्यूक्लियोसिंथेसिस के कारण नहीं है, बल्कि गहन फोटोकैमिस्ट्री द्वारा संचालित मास-इंडिपेंडेंट फ्रैक्शनेशन (MIF) के कारण है। लेखक एक ऐसी प्रक्रिया का प्रस्ताव करते हैं जहाँ प्रमुख जनक अणु, $^{32}$ SO $_2$ , UV विकिरण के विरुद्ध स्वयं को सुरक्षित (self-shields) करता है, जबकि कम प्रचुर $^{33}$ SO $_2$ ऑप्टिकली थिन रहता है और कुशल फोटोडिसोसिएशन (photodissociation) से गुजरता है। यह चयनात्मक फोटोलिसिस (selective photolysis) $^{33}$ SO डौटर प्रजातियों के अतिरिक्त उत्पादन को जन्म देता है।

यह तंत्र आर्कियन अर्थ (Archaean Earth) के वायुमंडल और उल्कापिंडों में सल्फर विसंगतियों को समझाने के लिए प्रस्तावित प्रक्रियाओं के समान है। निष्कर्ष बताते हैं कि B[e] सुपरजाइंट्स अत्यधिक विकिरण स्थितियों के तहत सल्फर रसायन विज्ञान का अध्ययन करने के लिए अद्वितीय प्रयोगशाला के रूप में कार्य करते हैं। इन अणुओं का पता चलना यह दर्शाता है कि जटिल रसायन विज्ञान गर्म, विकसित विशाल तारों के इजेक्टा में भी बना रह सकता है, जो इस धारणा को चुनौती देता है कि UV क्षेत्र इन वातावरणों को पूरी तरह से निर्जीव कर देते हैं। परिणाम एक क्षणिक, आउट-ऑफ-इक्विलिब्रियम रासायनिक अवस्था को उजागर करते हैं जो द्रव्यमान हानि, UV विकिरण और संभावित रूप से शॉक (shocks) के बीच परस्पर क्रिया द्वारा नियंत्रित होती है।

निष्कर्ष
यह कार्य HD 87643 में सल्फर ऑक्साइड की उपस्थिति की पुष्टि करके प्रारंभिक-प्रकार के सुपरजाइंट्स के लिए एक नया रासायनिक बेंचमार्क स्थापित करता है। देखी गई उच्च SO $_2$ प्रचुरता और असामान्य आइसोटोपिक अनुपात एक गतिशील, अल्पकालिक रासायनिक चरण की ओर संकेत करते हैं। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि गैस के स्थानिक वितरण को पूरी तरह से सीमित करने और इन फ्रैक्शनेशन प्रक्रियाओं के मूल का पता लगाने के लिए भविष्य के उच्च-रिज़ॉल्यूशन, मल्टी-ट्रांजिशन ALMA अवलोकनों की आवश्यकता है।

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