No Surviving Companion to the Galactic SN 1181: Evidence for a Double-Degenerate Channel for Type Iax Supernovae

ब्रह्मांडीय जासूसी कहानी: एक गायब होते तारे की तलाश में

कल्पना कीजिए कि रात का आकाश एक भव्य मंच है जहाँ तारे अपने अंतिम, शानदार प्रदर्शन करते हैं। इनमें से कुछ प्रदर्शनों को सुपरनोवा कहा जाता है, जो अनिवार्य रूप से विशाल तारकीय आतिशबाजी हैं जो एक संक्षिप्त क्षण के लिए पूरी आकाशगंगाओं को भी फीका कर देती हैं। दशकों से, खगोलशास्त्री टाइप Ia सुपरनोवा नामक इन विस्फोटों के एक विशिष्ट प्रकार के पीछे के "कौन" और "कैसे" को समझने की कोशिश कर रहे हैं। इन्हें ब्रह्मांड के "मानक दीपकों" (standard candles) के रूपas सोचें—ऐसे तारे जो एक अनुमानित चमक के साथ फटते हैं, जिससे हमें ब्रह्मांडीय दूरियों को मापने में मदद मिलती है। लेकिन इसमें एक मोड़ है: एक विचित्र, धुंधला सा चचेरा भाई जिसे टाइप Iax के रूप में जाना जाता है। ये "विफल" विस्फोट हैं जो खुद को पूरी तरह से नष्ट करने के बजाय, पूर्ण विनाश के बजाय एक जले हुए अवशेष को पीछे छोड़ देते हैं।

बड़ा रहस्य यह है कि इन विस्फोटों का कारण क्या है? चमकीले विस्फोटों के लिए प्रमुख सिद्धांत "सिंगल-डेजेनरेट" (एकल-अपभ्रंश) परिदृश्य से जुड़ा है। एक श्वेत वामन (एक मृत, सघन तारा) की कल्पना करें जो एक जीवित, हीलियम-समृद्ध पड़ोसी तारे से गैस खींचने वाले एक ब्रह्मांडीय वैक्यूम क्लीनर की तरह काम करता है। अंततः, श्वेत वामन बहुत अधिक भर जाता है, प्रज्वलित होता है, और फट जाता है, लेकिन पड़ोसी तारा इस विस्फोट से बच निकलता है, जैसे किसी कार दुर्घटना का कोई जीवित बचा हुआ व्यक्ति भाग जाता है। हालाँकि, धुंधले टाइप Iax विस्फोटों के लिए, वैज्ञानिक अनिश्चित थे कि क्या यही "वैक्यूम क्लीनर और पड़ोसी" की कहानी सच है, या कुछ और ही—जैसे दो मृत तारों का आपस में टकराना—असली अपराधी था। इस पहेली को सुलझाना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हमें बताता है कि ब्रह्मांड अपने तारों को कैसे पुनर्चक्रित (recycle) करता है और उन भारी तत्वों का निर्माण कैसे करता है जिनसे ग्रह और लोग बने हैं।

गायब होते पड़ोसी का मामला: SN 1181

इस शोध पत्र में, लेखक एक विशिष्ट, प्राचीन अपराध स्थल की जांच करने वाले ब्रह्मांडीय जासूसों की भूमिका निभा रहे हैं: गैलेक्टिक सुपरनोवा SN 1181। लगभग 900 साल पहले चीन और जापान के पर्यवेक्षकों द्वारा दर्ज किया गया यह विस्फोट, एक धुंधले टाइप Iax घटना के लिए एक आदर्श उम्मीदवार है। यह नग्न आंखों से देखे जाने के लिए पर्याप्त चमकीला था, लेकिन विशिष्ट "मानक दीपक" विस्फोटों की तुलना में धुंधला था। महत्वपूर्ण रूप से, खगोलशास्त्रियों ने पहले ही इस विस्फोट के "पीड़ित" को खोज लिया है: एक बहुत ही गर्म, तेज़ गति वाला श्वेत वामन अवशेष (IRAS 00500+6713) जो ठीक उसी स्थान पर स्थित है जहाँ विस्फोट हुआ था।

यदि "वैक्यूम क्लीनर" सिद्धांत (सिंगल-डेजेनरेट चैनल) SN 1181 के लिए सही होता, तो वहाँ एक जीवित उत्तरजीवी होना चाहिए था। ठीक वैसे ही जैसे एक कार दुर्घटना एक क्षतिग्रस्त कार और भागते हुए यात्री को पीछे छोड़ देती है, एक हीलियम-तारा दाता द्वारा संचालित टाइप Iax विस्फोट एक जीवित रहने वाले हीलियम तारे को पीछे छोड़ देता है जो श्वेत वामन अवशेष से दूर भाग रहा हो। लेखकों ने इस लापता यात्री को खोजने का लक्ष्य रखा। उन्होंने श्वेत वामन अवशेष के आसपास के एक गोलाकार क्षेत्र को स्कैन करने के लिए दो शक्तिशाली दूरबीनों, Gaia और Pan-STARRS1 का उपयोग किया। यह खोज क्षेत्र लगभग 30 आर्कसेकंड चौड़ा था (लगभग 30 मीटर की दूरी पर रखे एक सिक्के के आकार का), जो एक साथी तारे को पकड़ने के लिए पर्याप्त बड़ा है जिसे विस्फोट द्वारा दूर धकेल दिया गया होगा।

खोज और गायब होना
टीम को उस खोज क्षेत्र में 22 तारे मिले। हालाँकि, जब उन्होंने इन तारों को सूक्ष्मदर्शी से परखा, तो उनमें से कोई भी गायब हीलियम तारा नहीं था।

• दूरी की जाँच: Gaia उपग्रह द्वारा पता लगाए गए 16 तारों के लिए, टीम ने उनकी दूरी और गति के पथ की जाँच की। एक वास्तविक उत्तरजीवी को श्वेत वामन की समान दूरी पर (लगभग 2.5 किलोपारसेक दूर) होना चाहिए था और ऐसी गति में होना चाहिए था जो विस्फोट स्थल तक वापस आती हो। Gaia के कोई भी तारे इस विवरण में फिट नहीं बैठे; वे या तो बहुत दूर थे या गलत दिशा में जा रहे थे।
• समान दिखने वाले की जाँच: शेष 6 तारों के लिए जिन्हें Gaia ने मिस कर दिया था लेकिन Pan-STARRS1 ने देखा था, टीम ने उनके रंगों और चमक की जाँच की। एक जीवित रहने वाला हीलियम तारा अविश्वसनीय रूप से गर्म और चमकीला होना चाहिए, जो एक विशिष्ट नीले-सफेद प्रकाश के साथ चमकता हो। इसके बजाय, ये 6 तारे लाल और धुंधले थे, जो साधारण ठंडे तारों या धूल भरे पिंडों की तरह दिख रहे थे। यहाँ तक कि जब टीम ने इन तारों को घने धूल के पीछे छिपे गर्म हीलियम तारों के रूप में कल्पना करने की कोशिश की, तो गणित काम नहीं आया; धूल को उन्हें छिपाने के लिए असंभव रूप से घना होना पड़ता, और फिर भी, वे अन्य रंगों में दिखाई देते।

"क्या होगा अगर" सिमुलेशन
पूरी तरह सुनिश्चित होने के लिए कि वे किसी धुंधले, कठिन-से-दिखने वाले तारे को मिस नहीं कर रहे हैं, लेखकों ने इन द्विआधारी (binary) तारा प्रणालियों के विकास के कंप्यूटर सिमुलेशन चलाए। उन्होंने पूछा: "इस तरह के विस्फोट से बचने वाला सबसे छोटा, सबसे धुंधला हीलियम तारा क्या हो सकता है?" सिमुलेशन ने दिखाया कि यहाँ तक कि सबसे छोटा, सबसे धुंधला संभव उत्तरजीवी भी इतना चमकीला होगा कि उसे Pan-STARRS1 टेलीस्कोप द्वारा देखा जा सके। टेलीस्कोप की सीमा परिमाण (magnitude) 8 (बहुत धुंधला) थी, लेकिन सिमुलेशन ने कहा कि कोई भी वास्तविक उत्तरजीवी परिमाण 6.5 से अधिक चमकीला होना चाहिए। चूंकि टेलीस्कोप ने इतना चमकीला कुछ भी नहीं देखा, इसलिए "लापता यात्री" वहां मौजूद ही नहीं है।

निर्णय: एक अलग प्रकार की टक्कर

निष्कर्ष स्पष्ट है: SN 1181 के लिए कोई जीवित रहने वाला हीलियम साथी तारा नहीं है। यह खोज "सिंगल-डेजेनरेट" परिदृश्य को खारिज करती है जहाँ एक श्वेत वामन एक हीलियम तारे से गैस चुराता है। यदि हीलियम तारा वहां नहीं है, तो विस्फोट इस विशिष्ट प्रकार की साझेदारी के कारण नहीं हुआ होगा।

इसके बजाय, साक्ष्य दृढ़ता से "डबल-डेजेनरेट" (दोहरी-अपभ्रंश) चैनल की ओर संकेत करते हैं। कल्पना कीजिए कि दो श्वेत वामन (दोनों मृत तारे) एक तंग कक्षा में नृत्य कर रहे हैं। अंततः, वे एक-दूसरे से टकराते हैं और एक में विलीन हो जाते हैं। यह विलय विस्फोट को ट्रिगर करता है, लेकिन क्योंकि दोनों साथी पहले से ही मृत थे, इसलिए भागने के लिए कोई जीवित तारा नहीं बचा है। यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड के पास टाइप Iax सुपरनोवा बनाने के कम से कम दो अलग-अलग तरीके हैं: चमकीले वाले (जैसे SN 2012Z) "वैक्यूम क्लीनर" परिदृश्य से आ सकते हैं जिसमें एक जीवित पड़ोसी होता है, जबकि धुंधले वाले (जैसे SN 1181) "मृत तारा विलय" परिदृश्य से आते हैं।

यह शोध पत्र केवल एक प्राचीन विस्फोट के बारे में रहस्य को नहीं सुलझाता है; यह सुझाव देता है कि टाइप Iax सुपरनोवा का परिवार हमारी सोच से कहीं अधिक विविध है। यह ऐसा है जैसे यह महसूस करना कि जबकि कुछ कार दुर्घटनाओं में एक ड्राइवर और एक यात्री शामिल होते हैं, अन्य में दो कारों की टक्कर होती है जिसमें कोई उत्तरजीवी नहीं बचता। यह सिद्ध करके कि SN 1181 में कोई उत्तरजीवी नहीं है, लेखक प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान करते हैं कि विभिन्न विस्फोट तंत्र काम कर रहे हैं, जिससे हमें यह समझने में मदद मिलती है कि तारे कैसे जीवित रहते हैं, मरते हैं, और कभी-कभी, पूरी तरह से मरते नहीं हैं।