An intrinsic decline of accretion activity in GRS 1915+105

तकनीकी सारांश: GRS 1915+105 में अभिव्रजन गतिविधि (accretion activity) की अंतर्निहित गिरावट

समस्या विवरण
प्रसिद्ध माइक्रोक्वेसर GRS 1915+105 ने 2018 के बाद से अभूतपूर्व बहु-तरंगदैर्ध्य (multiwavelength) परिवर्तन प्रदर्शित किए हैं, जो एक लंबे समय तक कम-फ्लक्स वाले, अत्यधिक अवरुद्ध (obscured) एक्स-रे अवस्था में प्रवेश कर गया है, जिसमें 2023-2024 के दौरान तीव्र फ्लेयरिंग देखी गई। हालिया गहरे रेडियो और सॉफ्ट एक्स-रे गैर-पहचान (non-detections) ने स्रोत की वर्तमान कोर गतिविधि की प्रकृति को संदिग्ध बना दिया है। संबोधित मुख्य समस्या यह है कि क्या स्रोत का गायब होना एक उन्नत, गहराई से अवरुद्ध परिधीय स्तंभ (एक "कोकून") के कारण है या अभिव्रजन गतिविधि में अंतर्निहित गिरावट के कारण। ये दोनों परिदृश्य वर्तमान में समान रूप से अस्पष्ट (degenerate) हैं, क्योंकि दोनों ही प्रेक्षित फ्लक्स को कम कर सकते हैं।

कार्यप्रणाली
लेखक इस अस्पष्टता को दूर करने के लिए नए बहु-तरंगदैर्ध्य प्रतिबंध प्रस्तुत करते हैं:

1. NuSTAR एक्स-रे अवलोकन: 17 नवंबर, 2025 को एक पॉइंटेड अवलोकन ने 3–78 keV बैंड में एक गहरा गैर-पहचान (non-detection) प्रदान किया। लेखकों ने कठोर फ्लक्स ऊपरी सीमा ($F_{3-78} < 1.3 \times 10^{-13}$ erg s$^{-1}$ cm$^{-2}$) प्राप्त करने के लिए नेस्टेड सैंपलिंग (MultiNest) के साथ बेयसियन एक्स-रे विश्लेषण (BXA) का उपयोग किया, जो $L_{3-78} < 1.4 \times 10^{33}$ erg s$^{-1}$ के ल्यूमिनोसिटी सीमा के अनुरूप है। यह सीमा ऐतिहासिक पहचानों की तुलना में $10^4$–$10^6$ गुना अधिक गहरी है।
2. SPHEREx इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री: SPHEREx मिशन (2025 के अंत और 2026 की शुरुआत के कालखंड) के डेटा का विश्लेषण स्रोत के स्पेक्ट्रल एनर्जी डिस्ट्रीब्यूशन (SED) को 0.75–5.0 $\mu$m रेंज में निर्मित करने के लिए किया गया था। लेखकों ने भीड़भाड़ वाले इन्फ्रारेड क्षेत्र से होने वाले संदूषण को कम करने के लिए 'फोर्स्ड फोटोमेट्री' का उपयोग किया, हालांकि अवशेष संदूषण मौजूद हो सकता है।
3. मॉडलिंग और तुलना: लेखकों ने भौतिक रूप से सुसंगत AGN अवरोध मॉडल (UXCLUMPY, XSKIRTOR, और BNsphere) के साथ NuSTAR गैर-पहचान को फिट करके "उन्नत अवरोध" (enhanced obscuration) परिकल्पना का परीक्षण किया। उन्होंने एक्स-रे और रेडियो गैर-पहचानों की व्याख्या करने के लिए आवश्यक स्कैटरिंग अंश (scattering fractions) और कॉलम घनत्वों की गणना की। इसके अलावा, उन्होंने उस थर्मल रीप्रोसेसिंग ल्यूमिनोसिटी का अनुमान लगाया जो एक कॉम्पटन-थिक (Compton-thick) कोकून द्वारा स्रोत की ऐतिहासिक अभिव्रजन शक्ति को अवशोषित करने पर अपेक्षित होगी और इसकी तुलना प्रेक्षित इन्फ्रारेड फ्लक्स से की। स्रोत की स्थिति को ऐतिहासिक डेटा और अन्य ब्लैक होल बाइनरी के सापेक्ष मिड-इन्फ्रारेड–एक्स-रे ($L_{\text{MIR}}$–$L_X$) प्ले पर भी मैप किया गया।

मुख्य परिणाम

• एक्स-रे प्रतिबंध: NuSTAR गैर-पहचान यह दर्शाता है कि यदि स्रोत आंतरिक रूप से सक्रिय है, तो कोई भी अवरोधक कोकून कॉम्पटन-थिक ($N_H \gtrsim 2 \times 10^{25}$ cm$^{-2}$) और पूर्णतः आकाश-कवरिंग ($4\pi$) होना चाहिए। महत्वपूर्ण रूप से, फ्लक्स को प्रेक्षित स्तरों तक दबाने के लिए, स्कैटरिंग अंश ($f_{\text{scatt}}$) $\sim 10^{-4}$ से कम होना चाहिए। कॉम्पटन-थिक अवशोषकों के मानक मॉडल आमतौर पर कुछ प्रतिशत के स्कैटरिंग अंश प्रदर्शित करते हैं; इतने कम स्कैटरिंग को प्राप्त करने के लिए एक अत्यधिक विशिष्ट ज्यामिति की आवश्यकता होगी जो तर्कसंगत नहीं लगती।
• इन्फ्रारेड प्रतिबंध: यदि स्रोत ऐतिहासिक स्तरों ($L_{\text{acc}} \sim 0.05 L_{\text{Edd}}$) पर आंतरिक रूप से सक्रिय होता और पूरी तरह से एक कॉम्पटन-थिक शेल द्वारा अवरुद्ध होता, तो अवशोषित ऊर्जा थर्मल इन्फ्रारेड उत्सर्जन में पुन: संसाधित (reprocessed) होती। $10^{13}$ cm के शेल त्रिज्या के लिए, 5 $\mu$m पर अनुमानित फ्लक्स $\sim 70$ mJy (रेडन्ड) होगा, जो SPHEREx डिटेक्शन सीमाओं से लगभग दो क्रम (orders of magnitude) अधिक है। बड़े शेलों के लिए भी, ऐसे कॉलम को बनाए रखने के लिए आवश्यक द्रव्यमान अवास्तविक रूप से बड़ा होगा (पूरे बाइनरी सिस्टम के द्रव्यमान के तुल्य)।
• SED और प्ले विश्लेषण: NuSTAR, SPHEREx और रेडियो डेटा से निर्मित ब्रॉडबैंड SED दिखाता है कि स्रोत अपने ऐतिहासिक अवस्थाओं की तुलना में पूरे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में काफी कमजोर है। $L_{\text{MIR}}$–$L_X$ प्ले पर, स्रोत अब उन अवरुद्ध या फ्लेयरिंग अवस्थाओं के बजाय, जो पहले देखी गई थीं, शांत (quiescent) ब्लैक होल एक्स-रे बाइनरी के अनुरूप क्षेत्र में स्थित है।
• रेडियो गैर-पहचान: लेखक नोट करते हैं कि एक आयनित, कॉम्पटन-थिक कोकून फ्री-फ्री अवशोषण के माध्यम से रेडियो तरंगों के लिए ऑप्टिकली थिक होगा, जो गहरे रेडियो गैर-पहचानों के अनुरूप है। हालांकि, यह पुन: संसाधित थर्मल इन्फ्रारेड उत्सर्जन की कमी के साथ संघर्ष को हल नहीं करता है।

निष्कर्ष और महत्व
लेखक तर्क देते हैं कि "उन्नत अवरोध" (enhanced obscuration) की परिदृश्य पुन: संसाधित थर्मल इन्फ्रारेड उत्सर्जन की कमी और स्कैटर किए गए एक्स-रे को दबाने के लिए आवश्यक अत्यधिक ज्यामितीय बाधाओं के कारण असंगत है। इसके बजाय, डेटा अभिव्रजन गतिविधि में अंतर्निहित कमजोरी (2–4 क्रम या उससे अधिक) के अनुरूप है, जो नवंबर 2025 या उससे पहले हुई थी।

लेखक एक ऐसी भौतिक प्रक्रिया का प्रस्ताव करते हैं जहाँ 2023–2024 के दौरान देखी गई हिंसक आउटफ्लो और फ्लेयरिंग गतिविधि ने धीरे-धीरे आंतरिक अभिव्रजन डिस्क से ईंधन सामग्री को बाहर निकाल दिया, जिससे स्रोत की गतिविधि समाप्त (quenching) हो गई। यह व्याख्या बताती है कि GRS 1915+105 एक नई शांत अवस्था (quiescent phase) में संक्रमण कर रहा है। इस कार्य का महत्व इस तथ्य में निहित है कि यह मानव काल के पैमाने पर एक माइक्रोक्वेसर में इतने नाटकीय सेकुलर (secular) अभिव्रजन परिवर्तनों का पहला स्पष्ट प्रमाण प्रदान करता है। लेखक सुझाव देते हैं कि आंतरिक डिस्क की रिक्ति (depletion) की पुष्टि करने और किसी भी शेष गैसीय कोकून की विशेषता बताने के लिए निरंतर निगरानी, विशेष रूप से उच्च-आवृत्ति रेडियो अवलोकनों और संवेदनशील इन्फ्रारेड/सब-मिलीमीटर सुविधाओं (जैसे ALMA और JWST) के साथ आवश्यक है।