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Search for continuous gravitational waves from the pulsar J0435+3233

LIGO O4a डेटा का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने अद्वितीय मिलीसेकंड पल्सर J0435+3233 से निरंतर गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज की, जिसके परिणामस्वरूप कोई पता नहीं चला लेकिन एक अत्यंत कड़ा ऊपरी सीमा (upper limit) स्थापित हुई जो स्पिन-डाउन सीमा से लगभग 14 के कारक से अधिक है और स्रोत की दीर्घवृत्तता (ellipticity) को $10^{-8}$ के निम्न भौतिक रूप से दिलचस्प दायरे में सीमित करती है।

मूल लेखक: Brian McGloughlin, Jing Ming, Maria Alessandra Papa, Kartikey Sharma, Reinhard Prix, Benjamin Steltner, Heinz-Bernd Eggenstein, Na Wang, Jianping Yuan

प्रकाशित 2026-07-21

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Brian McGloughlin, Jing Ming, Maria Alessandra Papa, Kartikey Sharma, Reinhard Prix, Benjamin Steltner, Heinz-Bernd Eggenstein, Na Wang, Jianping Yuan

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

ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल, शांत महासागर के रूप में करें। मानव इतिहास के अधिकांश समय में, हम केवल सतह पर टकराती लहरों को ही देख सकते थे—तारों और आकाशगंगाओं का प्रकाश। लेकिन 2015 में, हमने अंततः पानी की स्वयं की लहरों (रिपल्स) को सुनना सीख लिया। ये लहरें गुरुत्वाकर्षण तरंगें (gravitational waves) हैं, जो अंतरिक्ष और समय के ताने-बाने में होने वाले अदृश्य विरूपण हैं, जो ब्लैक होल के टकराने जैसी ब्रह्मांड की सबसे हिंसक घटनाओं के कारण उत्पन्न होती हैं। जबकि हमने इन टकराते हुए दिग्गजों से निकलने वाले "सुनामी" को पकड़ लिया है, हम एक शांत, अधिक निरंतर ध्वनि की तलाश कर रहे हैं: एक निरंतर गूँज (continuous hum)। यह गूँज न्यूट्रॉन सितारों से आती है—जो मृत तारों के शहर के आकार के अवशेष हैं और प्रति सेकंड सैकड़ों बार घूमते हैं। यदि एक घूमते हुए न्यूट्रॉन तारे की सतह पर एक छोटा सा उभार हो, जैसे कि एक सूक्ष्म पर्वत, तो वह घूमते समय डगमगाएगा, जिससे गुरुत्वाकर्षण तरंगों की एक स्थिर, एकरंगी ध्वनि (monochromatic tone) उत्सर्जित होगी। इस स्वर को खोजना एक ब्रह्मांडीय लाइटहाउस से एक एकल, शुद्ध स्वर सुनने जैसा होगा, जो हमें इन सितारों के भीतर मौजूद अजीब, अति-सघन पदार्थ के बारे में रहस्य बताएगा।

यह शोध पत्र उस विशिष्ट स्वर की खोज की कहानी है जो एक बहुत ही विशेष लाइटहाउस से आता है: एक पल्सरर जिसका नाम J0435+3233 है। यह तारा थोड़ा विलक्षण है। यह अविश्वसनीय रूप से तेज़ घूमता है (प्रति सेकंड 300 से अधिक बार) और अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि यह अपनी आयु के हिसाब से आश्चर्यजनक रूप से उच्च दर से धीमा हो रहा है। यह ऐसा है जैसे कोई घूमता हुआ लट्टू इतनी तेज़ी से अपनी गति खो रहा है कि वह एक अदृश्य ब्रेक के खिलाफ लड़ता हुआ प्रतीत होता है। इस अध्ययन के पीछे के वैज्ञानिकों ने सोचा: क्या यह मंदी (braking) इसलिए हो रही है क्योंकि तारा गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्सर्Emit कर रहा है? यदि ऐसा है, तो वह "गूँज" इतनी तेज़ होनी चाहिए कि हमारे डिटेक्टर उसे सुन सकें।

टीम ने LIGO डिटेक्टरों के डेटा का उपयोग किया, जो अनिवार्य रूप से ब्रह्मांड को सुनने वाले विशाल, अत्यंत संवेदनशील कान हैं, ताकि इस संकेत की खोज की जा सके। उन्होंने तीन अलग-अलग तरीकों से खोज की: घूमते हुए उभार से अपेक्षित सटीक पिच (pitch) को सुनने के लिए, थोड़ा व्यापक रेंज की पिचों को स्कैन करने के लिए (इस स्थिति में कि तारा थोड़ा डगमगा रहा हो), और एक विशिष्ट प्रकार की आंतरिक तरंग (जिसे r-mode कहा जाता है) को सुनने के लिए जो एक गूँज भी पैदा कर सकती है।

परिणाम? सन्नाटा। डिटेक्टरों ने वह गूँज नहीं सुनी। हालाँकि, यह सन्नाटा वास्तव में विज्ञान के लिए एक बड़ी जीत है। क्योंकि तारा इतनी तेज़ी से धीमा हो रहा है, वैज्ञानिकों ने गणना की कि यदि यह मंदी पूरी तरह से गुरुत्वाकर्षण तरंगों के कारण होती, तो गुरुत्वाकर्षण तरंग की गूँज कितनी तेज़ होती। उनकी खोज इतनी संवेदनशील थी कि यदि वह वहाँ होती, तो वे उसे सुन सकते थे। चूँकि उन्हें वह नहीं मिली, इसलिए वे विश्वास के साथ कह सकते हैं कि गूँज एक विशिष्ट सीमा से कम है: एक आयाम (amplitude) $5.8 \times 10^{-27}$ ।

यह खोज एक बड़ा मामला है क्योंकि यह इस तारे पर मौजूद "पर्वतों" की सीमा निर्धारित करती है। तारे की यह "मंदी" इतनी चरम है कि यदि यह गुरुत्वाकर्षण तरंगों के कारण होती, तो तारे को एक ऐसा पर्वत चाहिए होता जो भौतिक रूप से असंभव होता कि तारे की ऊपरी परत (crust) उसे थाम सके। यह सिद्ध करके कि गूँज इतनी धीमी है कि वह मंदी का कारण नहीं हो सकती (इस धारणा के तहत कि मंदी स्वाभाविक/intrinsic है), यह शोध पत्र हमें बताता है कि या तो तारा किसी अन्य कारण से धीमा हो रहा है, या मंदी अन्य कारकों से प्रभावित है। लेखक नोट करते हैं कि यदि यह तारा वास्तव में एक त्रि-आयामी प्रणाली (triple system) का हिस्सा है, तो एक छिपा हुआ तीसरा साथी इसे खींच रहा हो सकता है, जो एक "काइनेमैटिक" प्रभाव पैदा करता है जो तीव्र मंदी की नकल करता है। यदि ऐसा है, तो वास्तविक स्वाभाविक मंदी बहुत धीमी हो सकती है, और गुरुत्वाकर्षण तरंग का संकेत वर्तमान सीमाओं से भी कहीं अधिक क्षीण होगा। इसके अलावा, यह अध्ययन एक न्यूट्रॉन तारे पर कितने छोटे "पर्वत" हो सकते हैं, इसका नया रिकॉर्ड स्थापित करता है। उन्होंने गणना की कि इस तारे पर कोई भी उभार $1.7 \times 10^{-8}$ (तारे के आकार का एक बहुत छोटा अंश) से छोटा होना चाहिए। यह पहली बार है जब किसी खोज में भौतिक रूप से दिलचस्प रेंज में पहाड़ों को खारिज करने के लिए पर्याप्त संवेदनशीलता दिखाई गई है, जो न्यूट्रॉन सितारों की ऊपरी परत (crust) की मजबूती के बारे में हमारी समझ को आगे बढ़ाती है। संक्षेप में, तारे ने गाना नहीं गाया, लेकिन इतनी सावधानी से सुनकर, हमने सीखा कि वह कितना शांत होना चाहिए।

तकनीकी सारांश: पल्सर J0435+3233 से निरंतर गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज

समस्या और प्रेरणा
निरंतर गुरुत्वाकर्षण तरंगें (CWs) दीर्घजीवी, लगभग मोनोक्रोमैटिक संकेत हैं जो गैर-अक्षीय द्रव्यमान चतुर्ध्रुव (जैसे, "पहाड़" या mountains) या अस्थिर दोलन मोड (r-modes) वाले तेजी से घूमते न्यूट्रॉन सितारों से अपेक्षित हैं। जबकि क्षणिक विलय घटनाओं का पता लगाया जा चुका है, अभी तक किसी CW संकेत को आत्मविश्वास के साथ देखा नहीं गया है। ज्ञात पल्सरों के लिए लक्षित खोजें उच्चतम संवेदनशीलता प्रदान करती हैं क्योंकि विद्युत चुम्बकीय टाइमिंग सटीक चरण मॉडल (phase models) प्रदान करती है, जिससे लंबे, सुसंगत एकीकरण (coherent integrations) संभव हो पाते हैं।

पल्सर J0435+3233 ऐसी खोजों के लिए एक अनूठा लक्ष्य प्रस्तुत करता है। हाल ही में फाइव-हंड्रेड-मीटर अपर्चर स्फेरिकल रेडियो टेलीस्कोप (FAST) द्वारा खोजा गया और गामा किरणों में पहचाना गया यह पल्सर एक मिलीसेकंड पल्सर ( $\nu \approx 312.7$ Hz) है, जो एक असाधारण रूप से बड़े प्रेक्षित स्पिन-डाउन दर ( $\dot{\nu} \approx -4.43 \times 10^{-12}$ Hz/s) को प्रदर्शित करता है। यह स्पिन-डाउन 10 ms से कम अवधि वाले पल्सर के लिए सबसे बड़ा देखा गया है। यदि यह आंतरिक है, तो यह एक उच्च स्पिन-डाउन सीमा ( $h_0^{sd}$ ) की ओर संकेत करता है, जो कि सैद्धांतिक अधिकतम आयाम है यदि सारा घूर्णी ऊर्जा ह्रास गुरुत्वाकर्षण विकिरण के कारण होता है। लेखक तर्क देते हैं कि J0435+3233 पहचान या न्यूट्रॉन स्टार एलिप्टिसिटी (विषमता) और r-mode आयामों पर कड़े प्रतिबंध लगाने के लिए एक प्रमुख उम्मीदवार है, जो पिछले स्तरों को एक क्रम (order of magnitude) से भी अधिक पार कर सकता है।

कार्यप्रणाली
लेखकों ने LIGO O4a सार्वजनिक डेटा (हैनफोर्ड और लिविंगस्टन डिटेक्टर) का उपयोग करके निरंतर गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए एक लक्षित खोज की, जो 24 मई, 2023 से 16 जनवरी, 2024 तक फैला हुआ है। विश्लेषण ने कोहेरेंट मल्टी-डिटेक्टर मैक्सिमम-लाइक्लीहुड $F$ -सांख्यिकी का उपयोग किया, जो एक मैच-फिल्टर विधि है जो अवलोकन समय के ऊपर आयाम मापदंडों को अधिकतम करते हुए सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात को अनुकूलित करती है।

खोज ने FAST टाइमिंग समाधानों (Q. Wu et al. 2026) से प्राप्त पल्सर के मापदंडों के आधार पर तीन अलग-अलग सिग्नल मॉडलों को कवर किया:

लक्षित खोज (Targeted Search): ठीक दो बार घूर्णन आवृत्ति ( $f = 2\nu \approx 625.4$ Hz) पर खोज की गई, यह मानते हुए कि गुरुत्वाकर्षण तरंग चतुर्ध्रुव रेडियो उत्सर्जन के साथ समकालिक रूप से घूमता है।
नैरो-बैंड खोज (Narrow-band Search): सख्त चरण मॉडल से छोटे विचलन को ध्यान में रखते हुए $2\nu$ के आसपास एक आवृत्ति बैंड $\Delta f \approx 4 \times 10^{-3} \times f$ की खोज की गई।
r-mode खोज: तीव्र घूर्णन और विभेदक घूर्णन के कारण होने वाले सुधारों को ध्यान में रखते हुए, जो अपेक्षित आवृत्ति सीमा को विस्तृत करते हैं, $f \approx 4\nu/3$ (लगभग 417 Hz) पर संकेतों की खोज की गई।

विश्लेषण ने पल्सर के बाइनरी कक्षीय मापदंडों (एक $\approx 8$ -दिवसीय कक्षा) और प्रॉपर मोशन को शामिल किया। लेखकों ने संदर्भ युग (reference epoch) से O4a डेटा रन के मध्य-समय तक स्पिन और कक्षीय मापदंडों को विकसित किया। गणना की व्यवहार्यता सुनिश्चित करने के लिए, खोज ग्रिड स्पेसिंग को चरण-मीट्रिक मिसमैच गणनाओं (लक्ष्य $<0.1\%$ मिसमैच) के आधार पर निर्धारित किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप नैरो-बैंड खोज के लिए लगभग $4 \times 10^9$ टेम्पलेट और r-mode खोज के लिए $10^{11}$ टेम्पलेट प्राप्त हुए। डेटा क्लीनिंग में ज्ञात स्पेक्ट्रल लाइनों और टाइम-डोमेन ग्लिच को हटाना शामिल था।

मुख्य परिणाम
खोज से निरंतर गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत का कोई प्रमाण नहीं मिला। सभी खोज विन्यासों में अधिकतम $2\mathcal{F}$ मान गाऊसी शोर (Gaussian noise) के अनुरूप थे। फलस्वरूप, लेखकों ने 90% और 95% विश्वास स्तरों पर आंतरिक गुरुत्वाकर्षण तरंग आयाम ( $h_0$ ) की ऊपरी सीमाएं निर्धारित कीं:

लक्षित खोज ( $2\nu$ ): $h_0^{95\%} = 5.8 \times 10^{-27}$ ।
नैरो-बैंड खोज: औसत $h_0^{95\%} = 2.2 \times 10^{-26}$ ।
r-mode खोज: औसत $h_0^{95\%} = 2.7 \times 10^{-26}$ ।

महत्व और प्रतिबंध
इस कार्य की प्राथमिक महत्ता प्रेक्षित ऊपरी सीमा और स्पिन-डाउन सीमा ( $h_0^{sd}$ ) के बीच तुलना में निहित है। J0435+3233 के लिए, लक्षित खोज ऊपरी सीमा स्पिन-डाउन सीमा से लगभग 14 गुना कम है। यह पहली बार है जब किसी लक्षित खोज ने मिलीसेकंड पल्सर के लिए स्पिन-डाउन सीमा को एक क्रम से अधिक से भी कम किया है।

एक कैनोनिकल मोमेंट ऑफ इनरशिया ( $I_{zz} = 10^{38}$ kg m $^2$ ) और 1.2 kpc के स्रोत दूरी को मानते हुए, ये आयाम सीमाएं निम्नलिखित भौतिक प्रतिबंधों में अनुवादित होती हैं:

एलिप्टिसिटी ( $\epsilon$ ): ऊपरी सीमा न्यूट्रॉन स्टार की एलिप्टिसिटी को $\epsilon < 1.7 \times 10^{-8}$ तक सीमित करती है। यह एक भौतिक रूप से दिलचस्प मान है, जो निम्न $10^{-8}$ क्षेत्र में स्थित है, और यह दर्शाता है कि यदि देखा गया स्पिन-डाउन पूरी तरह से आंतरिक है, तो गुरुत्वाकर्षण तरंगें खोई हुई घूर्णी ऊर्जा के 0.5% से भी कम को ले जाती हैं।
r-mode आयाम ( $\alpha$ ): खोज r-mode आयाम $\alpha > 1.7 \times 10^{-5}$ (कैनोनिकल केस) और $\alpha > 3.5 \times 10^{-5}$ (कंजर्वेटिव केस) को खोज आवृत्ति सीमा में बाहर करती है। ये लक्षित खोज से r-mode आयामों पर अब तक के सबसे कड़े प्रतिबंध हैं, जो J0537−6910 और J0534+2200 जैसे पल्सरों के पिछले स्तरों को पीछे छोड़ देते हैं।
क्रस्टल एनिसोट्रॉपी (Crustal Anisotropy $\langle \phi \rangle$ ): लेखक जन्म स्पिन आवृत्ति के फलन के रूप में मैक्रोस्कोपिक क्रस्टल एनिसोट्रॉपी की डिग्री की ऊपरी सीमा निर्धारित करते हैं, जो न्यूट्रॉन स्टार विरूपण (deformations) के मॉडलिंग के लिए महत्वपूर्ण नए मानदंड प्रदान करता है।

लेखक नोट करते हैं कि ये प्रतिबंध इस धारणा पर निर्भर करते हैं कि देखा गया स्पिन-डाउन आंतरिक है। यदि बड़ा स्पिन-डाउन आंशिक रूप से गतिक त्वरण (जैसे, एक पदानुक्रमित ट्रिपल सिस्टम में तीसरे पिंड से) के कारण है, तो आंतरिक स्पिन-डाउन सीमा कम होगी, और एलिप्टिसिटी पर प्रतिबंध भी तदनुसार कमजोर होंगे। फिर भी, यह परिणाम J0435+3233 के भौतिक गुणों के लिए पैरामीटर स्पेस को महत्वपूर्ण रूप से कम करता है और वर्तमान डिटेक्टरों की तेजी से घूमते न्यूट्रॉन सितारों के भौतिक विज्ञान को स्पिन-डाउन सीमा से परे जांचने की क्षमता को प्रदर्शित करता है।

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