CW Cas: A solar-type contact binary system with an unseen third companion in a hierarchical quadruple system

ब्रह्मांडीय नृत्य मंच और अदृश्य साथी

कल्पना कीजिए कि रात का आकाश एक स्थिर पृष्ठभूमि नहीं, बल्कि एक हलचल भरा, अराजक नृत्य मंच है जहाँ तारे लगातार घूम रहे हैं, स्पंदित हो रहे हैं और कभी-कभी एक-दूसरे का हाथ थामे हुए हैं। इस ब्रह्मांडीय बॉलरूम के एक कोने में, कॉन्टैक्ट बाइनरी (संपर्क द्विआधारी) नामक एक विशेष प्रकार की जोड़ी है। ये केवल दूर से एक-दूसरे की परिक्रमा करने वाले दो तारे नहीं हैं; वे इतने करीब हैं कि वे वास्तव में एक-दूसरे को छूते हैं, एक विशाल, साझा वातावरण साझा करते हैं, जैसे दो नर्तक जो एक ही घूमती हुई आकृति में विलीन हो गए हों। क्योंकि वे इतने करीब हैं, वे डगमगाते हैं और एक-दूसरे को ग्रहण (इक्लिप्स) लगाते हैं, जिससे उनकी चमक एक लयबद्ध पैटर्न में ऊपर-नीचे होती है, जिसे दूरबीनें पकड़ सकती हैं।

कभी-कभी, ये नाचती हुई जोड़ियाँ अकेली नहीं होतीं। उनके पास किनारे से देख रहा एक तीसरा साथी हो सकता है, जो अपने गुरुत्वाकर्षण से जोड़ी को खींच रहा होता है। यह अदृश्य खींचतान नृत्य के समय को बदल सकती है, जिससे ग्रहण थोड़ा जल्दी या थोड़ा देर से होते हैं। खगोलशास्त्री इन प्रणालियों का अध्ययन करना पसंद करते हैं क्योंकि वे प्राकृतिक प्रयोगशालाओं की तरह हैं। प्रकाश के परिवर्तन और समय के बदलाव को देखकर, वे तारों का द्रव्यमान, आकार और तापमान जान सकते हैं, और यहाँ तक कि यह भी अनुमान लगा सकते हैं कि अंधेरे में छिपे हुए साथी मौजूद हैं या नहीं। सवाल यह है: क्या होता है जब एक कॉन्टैक्ट बाइनरी के पास न केवल एक, बल्कि संभावित रूप से दो छिपे हुए साथी होते हैं, जिनमें से एक एक भूतिया, अदृश्य वस्तु हो सकती है?

CW Cas का मामला: एक गुप्त रहस्य वाला सौर-प्रकार का रहस्य

इस अध्ययन में, खगोलशास्त्रियों ने कैसियोपिया तारामंडल में स्थित CW Cas नामक एक तारा प्रणाली की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया। वे उस पहेली को सुलझाना चाहते थे जिसने दशकों से वैज्ञानिकों को भ्रमित कर रखा था: इस बाइनरी जोड़ी के भौतिक गुण वास्तव में क्या हैं, और क्या इस प्रणाली में कुछ और छिपा हुआ है?

उज्बेकिस्तान, चीन और थाईलैंड की दूरबीनों के नए अवलोकनों को TESS अंतरिक्ष उपग्रह के डेटा के साथ मिलाकर, टीम ने इस प्रणाली की एक विस्तृत तस्वीर बनाई। उन्होंने पाया कि CW Cas वास्तव में एक W-सबटाइप शैलो कॉन्टैक्ट बाइनरी है। इसे ऐसे समझें कि ये दो तारे जो "चुंबन" कर रहे हैं लेकिन पूरी तरह से विलीन नहीं हुए हैं; वे गैस के एक साझा आवरण को साझा करते हैं, लेकिन वे अभी भी अलग-अलग व्यक्ति हैं। एक तारा थोड़ा छोटा और ठंडा है, जबकि दूसरा बड़ा और गर्म है, जो थोड़ा "W-सबटाइप" नृत्य जैसा है जहाँ हल्का साथी वास्तव में अधिक गर्म होता है। टीम ने गणना की कि दोनों तारों का द्रव्यमान क्रमशः 0.98(6) सौर द्रव्यमान और 0.52(4) सौर द्रव्यमान है, और वे 2.25(5) सौर त्रिज्या की दूरी पर स्थित हैं। वे "शैलो" (उथले) संपर्क में हैं, जिसका अर्थ है कि वे अपने अधिकतम संभव आकार के केवल 15% भरे हुए हैं, जैसे दो गुब्बारे जो बस एक-दूसरे से टकराना शुरू ही हुए हों।

लेकिन कहानी तब और दिलचस्प हो जाती है जब उन्होंने लाइट कर्व्स (समय के साथ चमक का ग्राफ) को देखा। टीम ने गौर किया कि कुछ अजीब था: चमक के शिखर (पीक्स) पूरी तरह से सममित (सिमेट्रिकल) नहीं थे। कभी एक शिखर दूसरे से ऊँचा होता था, और यह अंतर समय के साथ बदलता रहता था। उन्होंने इसे तारों की सतह पर डार्क स्पॉट्स (काले धब्बे) का पता लगाकर समझाया, जो हमारे अपने सूर्य पर दिखने वाले सनस्पॉट्स के समान हैं। ये धब्बे अंधेरे के अस्थायी टैटू की तरह हैं जो तारों के साथ घूमते हैं, जिससे वे पृथ्वी के सामने आने पर धुंधले दिखाई देते हैं। टीम ने पाया कि इन धब्बों की गतिविधियाँ लगभग 1250 दिनों के अंतराल पर चक्रित होती हैं, जो यह सुझाव देती हैं कि तारों में एक चुंबकीय धड़कन है जो समय के साथ घटती और बढ़ती रहती है।

अदृश्य भूत और दूर का मित्र

सबसे रोमांचक खोज ग्रहणों के समय का 125 वर्षों के अंतराल में विश्लेषण करने से हुई। टीम ने देखा कि ग्रहणों के बीच का समय स्थिर नहीं था; यह धीरे-धीरे कम हो रहा था, लेकिन यह एक नियमित पैटर्न में ऊपर-नीचे भी डगमगा रहा था। यह डगमगाहट लाइट-ट्रैवल-टाइम इफेक्ट (LTTE) का एक क्लासिक संकेत है। कल्पना कीजिए कि बाइनरी जोड़ी एक ऐसी नाव पर नाच रही है जो आगे-पीछे डगमगा रही है। जैसे ही नाव आपकी ओर आती है, नृत्य के कदम जल्दी होते प्रतीत होते हैं; जैसे ही वह आपसे दूर जाती है, वे देर से होते प्रतीत होते हैं।

यह डगमगाती गति बताती है कि एक तीसरा पिंड जोड़ी की परिक्रमा कर रहा है। गणित बताता है कि इस तीसरे पिंड की कक्षीय अवधि 99.4(6) वर्ष है और इसका न्यूनतम द्रव्यमान 0.91(1) सौर द्रव्यमान है। यह एक विशाल वस्तु है, जो हमारे सूर्य के आकार की है। हालाँकि, यहाँ एक मोड़ है: इतनी विशाल द्रव्यमान होने के बावजूद, यह वस्तु पूरी तरह से अदृश्य है। यह लाइट कर्व्स में दिखाई नहीं देती है, और न ही यह स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा में कोई निशान छोड़ती है। यदि यह एक सामान्य तारा होता, तो यह चमक रहा होता और कुल प्रकाश में योगदान दे रहा होता। चूंकि यह वहां नहीं है, इसलिए लेखक सुझाव देते हैं कि यह एक कॉम्पैक्ट ऑब्जेक्ट (सघन पिंड) होना चाहिए, जैसे कि एक व्हाइट ड्वार्फ (श्वेत बौना) या न्यूट्रॉन स्टार—उन तारों के घने, मृत कोर जिन्होंने अपना ईंधन जला दिया है। यह एक "भूतिया" साथी है, जो नर्तकों को खींचने के लिए पर्याप्त भारी है लेकिन आँखों के लिए अदृश्य है।

इसके अलावा, टीम ने Gaia उपग्रह के डेटा का उपयोग किया, जो अत्यधिक सटीकता के साथ तारों की स्थिति का मानचित्रण करता है। उन्होंने पाया कि पास में एक विजुअल कंपेनियन (एक दृश्यमान तारा) है जो अंतरिक्ष में CW Cas जोड़ी के समान गति साझा करता है। यह सुझाव देता है कि CW Cas वास्तव में एक हाइरार्किकल क्वाड्रपल सिस्टम (श्रेणीबद्ध चतुर्धातुक प्रणाली) का हिस्सा है। इसे ऐसे देखें: दो तारे एक तंग संपर्क नृत्य (बाइनरी) कर रहे हैं, एक भूतिया कॉम्पैक्ट ऑब्जेक्ट एक चौड़े घेरे में उनकी परिक्रमा कर रहा है (तीसरा पिंड), और एक दूर का, दृश्यमान रेड ड्वार्फ पूरे समूह की बहुत दूर से परिक्रमा कर रहा है।

इसका क्या अर्थ है

शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि CW Cas एक हाइरार्किकल क्वाड्रपल सिस्टम (2+1+1 व्यवस्था) है। यह इस बात के अध्ययन के लिए एक दुर्लभ और मूल्यवान प्रयोगशाला है कि कैसे कई तारा प्रणालियाँ बनती और विकसित होती हैं, विशेष रूप से तब जब उनमें से एक सदस्य एक कॉम्पैक्ट ऑब्जेक्ट हो जो सुपरनोवा विस्फोट के बिना पूरे सिस्टम को बिखेर दिए बिना जीवित बच गया हो। लेखक डगमगाते ऑर्बिट के आधार पर बाइनरी के द्रव्यमान और तीसरे पिंड के अस्तित्व के अपने मापन को लेकर आश्वस्त हैं, लेकिन वे स्पष्ट रूप से कहते हैं कि उस तीसरे पिंड की प्रकृति (व्हाइट ड्वार्फ बनाम न्यूट्रॉन स्टार) उसकी अदृश्यता पर आधारित एक परिकल्पना है। वे यह भी पुष्टि करते हैं कि यह प्रणाली एक व्यापक परिवार का हिस्सा है जिसमें एक दूर का दृश्य साथी है, जिससे CW Cas सितारों का एक जटिल, बहु-पीढ़ीगत परिवार बन जाता है जो आँखों के सामने छिपा हुआ है।