Progenitor models of supernovae interacting with their binary companions

मरते हुए सितारों का ब्रह्मांडीय नृत्य

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक शांत, खाली शून्य नहीं है, बल्कि एक हलचल भरा शहर है जहाँ तारे इसके निवासी हैं। हम में से अधिकांश तारे को एक अकेले यात्री के रूप में देखते हैं, जो अकेला जन्म लेता है, अकेला जीता है और अकेला मर जाता है। लेकिन हमारी आकाशगंगा के भीड़भाड़ वाले मोहल्लों में, तारे शायद ही कभी अकेले होते हैं। वास्तव में, कई जोड़े में जन्म लेते हैं, एक गुरुत्वाकर्षण वाल्ट्ज़ (gravitational waltz) में बंधे होते हैं जो लाखों वर्षों तक चलता है। यह शोध पत्र विज्ञान के उस कोने में स्थित है जिसे एस्ट्रोफिजिक्स (खगोल भौतिकी) कहा जाता है, जो विशेष रूप से सुपरनोवा (supernovae) पर केंद्रित है—वे शानदार, हिंसक विस्फोट जो विशाल तारों की मृत्यु का प्रतीक हैं।

इस कहानी को समझने के लिए, आपको कुछ चीजें जानने की आवश्यकता है। सबसे पहले, जब एक विशाल तारा अपने ईंधन को समाप्त कर देता है, तो इसका कोर ढह जाता है और यह फट जाता है। यदि यह एक एकल प्रदर्शन (solo act) है, तो विस्फोट एक तरह का दिखता है। लेकिन यदि तारे का एक साथी है, तो चीजें जटिल हो जाती हैं। दोनों तारे 'हॉट पोटैटो' के खेल की तरह द्रव्यमान (mass) का आदान-प्रदान कर सकते हैं, या वे आपस में टकरा सकते हैं। यह "बाइनरी इंटरेक्शन" (द्विआधारी अंतःक्रिया) इस बात को बदल देती है कि तारा कैसे मरता है और विस्फोट कैसा दिखता है। वैज्ञानिक इस बात पर ध्यान देते हैं क्योंकि जिस तरह से एक तारा फटता है, वह हमें बताता है कि वह कैसे जिया। इन ब्रह्मांडीय आतिशबाजी का अध्ययन करके, हम उन नियमों को सीखते हैं कि तारे कैसे विकसित होते हैं, वे अपना वजन कैसे खोते हैं, और वे उन आकाशगंगाओं को कैसे आकार देते हैं जिनमें वे रहते हैं। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने मुख्य रूप से तारों का अध्ययन ऐसे किया जैसे वे एकल हों, लेकिन हालिया साक्ष्य बताते हैं कि "जोड़े" का गतिशील स्वभाव वास्तव में नियम है, अपवाद नहीं।

शोध पत्र की कहानी: उलझने के लिए दो की आवश्यकता होती है

एंड्रिया एर्कोलिनो द्वारा लिखा गया यह शोध पत्र एक विशाल ब्रह्मांडीय जनगणना की तरह है। केवल एक या दो फटने वाले तारों को देखने के बजाय, लेखक ने हजारों अलग-अलग तारा परिदृश्यों का अनुकरण (simulate) करने के लिए एक सुपर-कंप्यूटर का उपयोग किया। उन्होंने मॉडलों का एक "ग्रिड" बनाया, जिसमें परीक्षण किया गया कि तारे अकेले होने बनाम बाइनरी सिस्टम में होने पर कैसे व्यवहार करते हैं, और फिर इन सिमुलेशन की तुलना आकाश से प्राप्त वास्तविक अवलोकनों से की। लक्ष्य यह पता लगाना था कि: एक साथी होने से तारे के फटने के तरीके में कितना बदलाव आता है?

महान ब्रह्मांडीय गड़बड़ी
सिमुलेशन ने एक आश्चर्यजनक सत्य प्रकट किया: साथी होना सामान्य है, अपवाद नहीं। सबसे आम प्रकार के सुपरनोवा, जिसे टाइप IIP/L के रूप में जाना जाता है, के लिए शोध पत्र सुझाव देता है कि उनमें से आधे से कम उन तारों से आते हैं जिन्होंने एकल (singleton) के रूप में जीवन व्यतीत किया। इसके बजाय, इन विस्फोटों में से लगभग 56% से 68% बाइनरी इंटरेक्शन का परिणाम हैं। इसे एक डांस पार्टी की तरह समझें जहाँ अधिकांश नर्तक वास्तव में जोड़ों में होते हैं, भले ही वे अकेले नाचते हुए दिखाई दें। कुछ तारे "डोनर" (दाता) के रूप में कार्य करते हैं, जो अपने बाहरी स्तर अपने साथी को दे देते हैं, जबकि अन्य "एक्रेटर" (ग्रहणकर्ता) के रूप के रूप में कार्य करते हैं, जो अपने साथी से द्रव्यमान चुराते हैं। कुछ तो आपस में टकराकर एक अजीब, नई संरचना में विलीन भी हो जाते हैं। इसका मतलब है कि हम जो विस्फोट देखते हैं वे हमारी सोच से कहीं अधिक विविध हैं, जो ब्रह्मांडीय साझा करने और चुराने के जीवनकाल से आकार लेते हैं।

स्ट्रिप्ड एनवेलप (Stripped Envelope) का रहस्य
जब एक विशाल तारा अपनी हाइड्रोजन-समृद्ध बाहरी त्वचा (एनवेलप) खो देता है, तो वह एक "स्ट्रिप्ड-एनवेलप" तारा बन जाता है। जब ये फटते हैं, तो ये अलग दिखते हैं, जिन्हें अक्सर टाइप Ibc के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। शोध पत्र भविष्यवाणी करता है कि ये सभी कोर-कोलेप्स सुपरनोवा के लगभग 18% से 34% हैं, जो आकाश में जो हम देखते हैं उससे मेल खाता है। मॉडल एक "बाइमोडल" (bimodal) वितरण दिखाते हैं, जिसका अर्थ है कि इन विस्फोटों के दो विशिष्ट समूह हैं। एक समूह उन तारों से आता है जिन्होंने अपनी त्वचा अपने साथी को देकर खो दी (डोनर्स), जिसके परिणामस्वरूप हल्के विस्फोट होते हैं। दूसरा समूह उन तारों से आता है जिन्होंने अपनी त्वचा रखी लेकिन उसे तेज हवाओं के माध्यम से या साथी को निगलकर खो दिया (एक्रेटर्स/विलय), जिसके परिणामस्वरूप भारी विस्फोट होते हैं। शोध पत्र नोट करता है कि हालांकि हम वास्तविकता में दोनों प्रकार देखते हैं, लेकिन हमारे पास अभी पर्याप्त डेटा नहीं है कि हम यह बता सकें कि भारी वाले कितने सामान्य हैं।

"लापता" मध्य संतान
विस्फोट का एक विशिष्ट प्रकार है जिसे टाइप IIb कहा जाता है, जो एक मध्य मार्ग की तरह है—इसमें अधिकांश, लेकिन सारा हाइड्रोजन नहीं खोया गया है। शोध पत्र पाता है कि वर्तमान मॉडल केवल 1% से 4% के बारे में भविष्यवाणी करते हैं, लेकिन खगोलशास्त्री लगभग 5% से 22% का अवलोकन करते हैं। यह सुझाव देता है कि हमारे मॉडल में कुछ गायब हो सकता है, शायद इस बात से संबंधित कि तारे आंशिक रूप से स्ट्रिप होने के दौरान द्रव्यमान कितनी तेजी से खोते हैं। यह एक ऐसी रेसिपी की तरह है जो बहुत कम कुकीज़ बनाती है; हम जानते हैं कि सामग्री वहां है, लेकिन मिश्रण की प्रक्रिया अभी भी पूरी तरह से सही नहीं है।

परिणाम: धूल भरे डिस्क और भूतिया साथी
शोध पत्र ने इस पर भी गौर किया कि विस्फोट के बाद क्या होता है। कभी-कभी, विस्फोट तारे के साथी द्वारा छोड़ी गई गैस की एक परत से टकराता है। यह एक "टाइप IIn" या "टाइप Ibn" सुपरनोवा बनाता है, जहाँ ब्लास्ट वेव इस सर्कमस्टेंशियल मटेरियल (CSM) से टकराती है। सिमुलेशन सुझाव देते हैं कि 2% से 4% विस्फोट H-समृद्ध (Type IIn) हैं और 4% से कम H-गरी (Type Ibn) हैं, जो अवलोकनों से मेल खाते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, शोध पत्र तर्क देता है कि यह गैस एक यादृच्छिक बादल नहीं है; यह संभवतः एक चपटे डिस्क के आकार की है, जो इसलिए बनी क्योंकि दोनों तारे एक-दूसरे की परिक्रमा कर रहे थे। यह समझाता है कि क्यों इनमें से कई विस्फोट असंतुलित या असममित दिखते हैं। हालाँकि, शोध पत्र स्वीकार करता है कि जबकि यह आकार की व्याख्या करता है, यह पूरी तरह से उन तीव्र "आउटबर्स्ट" (outbursts) की व्याख्या नहीं करता है जो कुछ तारों में विस्फोट से पहले होते हैं।

लाइट कर्व में भूत
सबसे रोमांचक खोज शायद इस बात से जुड़ी है कि तारा मरने के बाद क्या होता है। यदि दो तारे पर्याप्त करीब थे, तो विस्फोट शायद जोड़ी को तोड़ नहीं पाता। इसके बजाय, नया, छोटा अवशेष (न्यूट्रॉन स्टार) अपने विशाल साथी की परिक्रमा करना जारी रख सकता है। जैसे ही साथी तारा विस्फोट के झटके से सूज जाता है, न्यूट्रॉन स्टार उसकी सतह को छू सकता है, जिससे एक आवधिक "स्वीपिंग" (sweeping) प्रभाव पैदा होता है। इसे कम्पेनियन-कॉम्पैक्ट ऑब्जेक्ट इंटरेक्शन (CCI) कहा जाता है।

शोध पत्र सुझाव देता है कि यह हाइड्रोजन-गरी सुपरनोवा में 3% से 27% मामलों में हो सकता है। यह अंतःक्रिया सुपरनोवा के प्रकाश में एक लयबद्ध "हार्टबीट" या मॉड्यूलेशन पैदा करेगी, जो हर कुछ दिनों से लेकर कुछ वर्षों तक दोहराई जाएगी। यह केवल सिद्धांत नहीं है; शोध पत्र SN2022jli, SN2015ap, और SN2022esa जैसी वास्तविक घटनाओं की ओर इशारा करता है, जो उनके लाइट कर्व में बिल्कुल ऐसे ही उतार-चढ़ाव दिखाते हैं। SN2022jli के लिए, मॉड्यूलेशन एक स्थिर 12.4 दिन का है। मॉडल सुझाव देते हैं कि इन विशिष्ट घटनाओं के लिए, साथी तारा अभी भी शक्तिशाली दूरबीनों, जैसे कि वेरी लार्ज टेलीस्कोप, के लिए दृश्यमान हो सकता है, जिससे हमें वास्तव में उस साथी को "देखने" की अनुमति मिलती है जो विस्फोट के बाद भी जीवित रहा।

आगे क्या?
शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि बाइनरी इंटरेक्शन ही सुपरनोवा में दिखने वाली विविधता का मुख्य चालक है। जबकि मॉडल सफलतापूर्वक अधिकांश विस्फोट प्रकारों की दरों को पुनरुत्पादित करते हैं, वे अभी भी "लापता" टाइप IIb और विस्फोट-पूर्व आउटबर्स्ट के साथ संघर्ष करते हैं। लेखक सुझाव देते हैं कि भविष्य के सर्वेक्षण, वेरा सी. रुबिन वेधशाला जैसे केंद्रों का उपयोग करके, इन आवधिक घटनाओं को और अधिक खोजेंगे। इन ब्रह्मांडीय धड़कनों की तलाश करके, हम अंततः यह समझने और परिष्कृत करने में सक्षम होंगे कि तारे कैसे जीवित रहते हैं, मरते हैं और अंधेरे में अपने साथियों के साथ कैसे अंतःक्रिया करते हैं।