Implications of the UV/optical Plateau of AT2018cow
यह शोध पत्र प्रस्तावित करता है कि चमकदार फास्ट ब्लू ऑप्टिकल ट्रांजिएंट AT2018cow का निरंतर यूवी/ऑप्टिकल प्लेटो (UV/optical plateau) एक आंतरिक डिस्क से निकलने वाली सुपर-एडिंगटन विंड (super-Eddington wind) और एक बाहरी पतली डिस्क द्वारा पुनर्संस्करण (reprocessing) द्वारा संचालित है, एक ऐसा मॉडल जो न्यूट्रॉन सितारों से लेकर विशाल ब्लैक होल तक के एक्रेटर्स (accretors) को समाहित करता है और सुझाव देता है कि भविष्य के जेएसडब्ल्यूटी (JWST) अवलोकनों में इन्फ्रारेड फ्री-फ्री उत्सर्जन या पुनर्संयोजन रेखाएं (recombination lines) इन परिदृश्यों के बीच अंतर स्पष्ट कर सकती हैं।
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"काउ" (Cow) का ब्रह्मांडीय रहस्य
कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक भव्य, अराजक मंच है जहाँ तारे जन्म लेते हैं, जीवित रहते हैं और कभी-कभी शानदार विस्फोटों के साथ मर जाते हैं। जब एक विशाल तारा अपना ईंधन समाप्त कर देता है, तो वह अक्सर ढह जाता है, जिससे एक सघन, भारी वस्तु जैसे कि न्यूट्रॉन स्टार या ब्लैक होल का निर्माण होता है। आमतौर पर, ये घटनाएँ जल्दी समाप्त हो जाती हैं, चमकती हैं और फिर फीकी पड़ जाती हैं। लेकिन कभी-कभी, प्रकृति एक अप्रत्याशित मोड़ देती है: एक "फास्ट ब्लू ऑप्टिकल ट्रांजिएंट" (LFBOT)। इन्हें ब्रह्मांड के उन पटाखों के रूप में सोचें जो बुझने से इनकार कर देते हैं। वे अविश्वसनीय गति और नीली रोशनी के साथ फटते हैं, लेकिन कुछ हफ्तों में फीके पड़ने के बजाय, वे वर्षों तक चमकते रहते हैं, अंधेरे में एक जिद्दी लाइटहाउस की तरह कार्य करते हैं।
इन जिद्दी रोशनियों में से एक, जिसका नाम AT2018cow है (खगोलविदों द्वारा इसे प्यार से "द काउ" कहा जाता है), वर्षों से वैज्ञानिकों को उलझा रहा है। यह लगभग 60 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर स्थित है, जो हमारा ब्रह्मांडीय पिछवाड़ा (cosmic backyard) है। बड़ा रहस्य केवल यह नहीं है कि यह चमक रहा है, बल्कि यह है कि इसे क्या शक्ति दे रहा है। क्या यह एक छोटा, सघन न्यूट्रॉन स्टार है? एक मध्यम आकार का ब्लैक होल? या एक विशाल, दुर्लभ दानव ब्लैक होल? इसे समझने के लिए, वैज्ञानिकों को ब्रह्मांडीय जासूसों की तरह काम करना पड़ता है, जो अदृश्य इंजन के आकार और प्रकृति का अनुमान लगाने के लिए प्रकाश के रंग और चमक को देखते हैं। इसका उत्तर महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हमें बताता है कि ये अजीब वस्तुएं कैसे जन्म लेती हैं और तारों के आपस में टकराने पर क्या होता है।
जिद्दी रोशनी और अदृश्य इंजन
इस शोध पत्र में, खगोलशास्त्री वेनबिन लू और एंथनी एल. पिरो AT2018cow की इस जिद्दी चमक के रहस्य को सुलझाते हैं। प्रारंभिक विस्फोट के बाद कम से कम पांच वर्षों तक, इस वस्तु ने पराबैंगनी (ultraviolet) और दृश्य प्रकाश (visible light) में एक स्थिर, चमकीला पठार (plateồng) बनाए रखा है। पिछले सिद्धांतों ने सुझाव दिया था कि यह प्रकाश एक विशाल ब्लैक होल के चारों ओर घूमते गैस के एक पतले, चपटे डिस्क से आता है। हालाँकि, लेखकों ने उस विचार में एक बड़ी समस्या पाई: एक पतला डिस्क इतना चमकीला होने के लिए बिना टूटे, एक ऐसे ब्लैक होल के चारों ओर घूमना चाहिए जो इतना विशाल हो (हमारे सूर्य के द्रव्यमान से 200 गुना अधिक) कि वह मानक भौतिकी के अनुसार अस्तित्व में भी नहीं होना चाहिए। इसके अलावा, इतना विशाल ब्लैक होल एक्स-रे छोड़ना चाहिए जो वास्तव में दूरबीनों द्वारा देखे गए स्तर से कहीं अधिक चमकीले हों।
इसलिए, लेखक एक नई, अधिक गतिशील कहानी का प्रस्ताव करते हैं। वे सुझाव देते हैं कि गैस डिस्क का आंतरिक भाग बिल्कुल भी शांत, पतला पर्दा नहीं है। इसके बजाय, क्योंकि गैस बहुत तेजी से गिर रही है, आंतरिक डिस्क फूल जाती है और एक शक्तिशाली, सुपर-फास्ट हवा (wind) छोड़ती है, जैसे कि एक ब्रह्मांडीय हेयर ड्रायर गैस को बाहर की ओर उड़ा रहा हो। हम जो प्रकाश देखते हैं वह केवल डिस्क से नहीं आता है; यह इस विशाल हवा की "त्वचा" (photosphere) से आता है, जो हवा की चमक से गर्म हुए डिस्क के बाहरी, पतले हिस्सों के साथ मिलकर बनता है।
जब टीम ने इस "विंड + इरेडिएशन" (Wind + Irradiation) मॉडल का डेटा के साथ परीक्षण किया, तो उन्हें कुछ आश्चर्यजनक मिला: प्रकाश इस बात की परवाह नहीं करता कि केंद्रीय वस्तु कितनी भारी है। चाहे इंजन एक न्यूट्रॉन स्टार (सूर्य के द्रव्यमान का 1.4 गुना) हो या 100 सौर द्रव्यमान तक का ब्लैक होल, मॉडल देखे गए प्रकाश के साथ पूरी तरह फिट बैठता है। द्रव्यमान के साथ विंड का रंग तापमान (color temperature) इतना कम बदलता है कि दृश्य प्रकाश अकेले अंतर नहीं बता सकता। इसका मतलब है कि "काउ" लगभग किसी भी सघन पिंड (compact object) द्वारा संचालित हो सकती है, जो एक विशाल, असंभव ब्लैक होल की आवश्यकता वाली समस्या को हल करती है।
केस को कैसे सुलझाएं: JWST टेस्ट
यदि प्रकाश सभी अलग-अलग द्रव्यमानों के लिए समान दिखता है, तो हमें कैसे पता चलेगा कि वह कौन सा है? लेखक स्पेक्ट्रम के छिपे हुए सुराग की ओर इशारा करते हैं जो इन्फ्रारेड (infrared) भाग में है (वह प्रकाश जिसे हम अपनी आँखों से नहीं देख सकते)। वे भविष्यवाणी करते हैं कि विंड, जो गर्म, आयनित गैस से बनी है, निकट-इन्फ्रारेड और मध्य-इन्फ्रारेड तरंग दैर्ध्य (1 और 10 माइक्रोमीटर के बीच) में एक विशिष्ट प्रकार का "फ्री-फ्री" (free-free) विकिरण उत्सर्जित करेगी।
यहाँ एक मोड़ है: इस इन्फ्रारेड प्रकाश की मात्रा केंद्रीय वस्तु के द्रव्यमान पर बहुत अधिक निर्भर करती है। यदि इंजन एक कम द्रव्यमान वाला न्यूट्रॉन स्टार है, तो विंड घनी और गर्म होती है, जो बहुत अधिक इन्फ्रारेड प्रकाश उत्पन्न करती है—जो जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) द्वारा आसानी से देखे जाने लायक चमकीला है। हालाँकि, यदि इंजन एक भारी ब्लैक होल (10 सौर द्रव्यमान से अधिक) है, तो विंड पतली होती है, और इन्फ्रारेड प्रकाश दस गुना या उससे अधिक कम हो जाता है, जिससे इसे पहचानना बहुत कठिन हो जाता है।
शोध पत्र सुझाव देता है कि JWST के साथ एक साधारण अवलोकन अंततः इस मामले को सुलझा सकता है। यदि टेलीस्कोप एक चमकीला इन्फ्रारेड ग्लो देखता है, तो यह एक न्यूट्रॉन स्टार या कम द्रव्यमान वाले ब्लैक होल की ओर इशारा करता है। यदि इन्फ्ररेड धुंधला है, तो यह एक भारी ब्लैक होल का सुझाव देता है। लेखक यह भी नोट करते हैं कि विंड में विशिष्ट रासायनिक "फिंगरप्रिंट्स" (जैसे हीलियम या हाइड्रोजन रेखाएं) को खोजने से हमें यह पता चल सकता है कि साथी तारा किससे बना था, जिससे यह और स्पष्ट हो जाएगा कि यह ब्रह्मांडीय टकराव कैसे हुआ।
उत्पत्ति की कहानी: एक ब्रह्मांडीय टकराव
अंत में, शोध पत्र इस चमकते पठार को एक विशिष्ट घटना से जोड़ता है: एक "माइक्रो-टाइडल डिसरप्शन इवेंट" (micro-tidal disruption event)। कल्पना कीजिए कि एक सघन पिंड (जैसे न्यूट्रॉन स्टार या ब्लैक होल) एक साथी तारे के बहुत करीब भटक जाता है। गुरुत्वाकर्षण तारे को छिन्न-भिन्न कर देता है, जिससे मलबे का एक डिस्क बन जाता है। शुरुआत में, यह डिस्क घनी और अराजक होती है, जो उस शक्तिशाली हवा को लॉन्च करती है जो प्रारंभिक विस्फोट को शक्ति देती है। लगभग एक वर्ष की अवधि में, डिस्क एक पतली, शांत अवस्था में स्थिर हो जाती है, लेकिन हवा बाहरी किनारों को चमकाती रहती है, जिससे वह लंबे समय तक चलने वाला पठार बनता है जो हम आज देखते हैं।
लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि AT2018cow संभवतः एक न्यूट्रॉन स्टार या एक तारकीय-द्रव्यमान वाला ब्लैक होल है जिसका एक साथी तारे के साथ हिंसक सामना हुआ था, या तो उसे पूरा निगल लिया गया या उसे फाड़ दिया गया। यह परिदृश्य बिना किसी असंभव भौतिकी की आवश्यकता के सभी डेटा के साथ फिट बैठता है। जबकि पराबैंगनी प्रकाश अकेले केंद्रीय वस्तु की पहचान को एक रहस्य छोड़ देता है, लेखक आश्वस्त हैं कि इन्फ्रारेड में JWST के साथ एक त्वरित नज़र अंततः यह प्रकट कर देगी कि "काउ" एक छोटे न्यूट्रॉन स्टार को छिपा रही है या एक थोड़े बड़े ब्लैक होल को, जिससे एक दशक पुराने रहस्य को एक सुलझे हुए मामले में बदल दिया जाएगा।
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