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The First Measurement of Jet Collimation Profiles in an X-ray Binary: the Case of SS 433

यह शोध पत्र SS 433 के VLBI डेटा का उपयोग करके एक एक्स-रे बाइनरी में जेट कोलिमेशन प्रोफाइल (jet collimation profiles) के पहले प्रत्यक्ष मापन की रिपोर्ट करता है, जो एक अर्ध-परवलयिक (quasi-parabolic) प्रोफाइल और अग्रगामी जेट (approaching jet) में प्रगतिशील कोलिमेशन को प्रकट करता है और साथ ही एक कोर-शिफ्ट संबंध व्युत्पन्न करता है तथा अवशोषण सीमाओं के बावजूद पीछे हटते जेट (receding jet) का लक्षण वर्णन करता है।

मूल लेखक: Xi Yan, Lang Cui, Zsolt Paragi, Sándor Frey

प्रकाशित 2026-07-31

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Xi Yan, Lang Cui, Zsolt Paragi, Sándor Frey

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 ब्रह्मांडीय निर्माण स्थल के रूप में करें, जहाँ विशाल ब्लैक होल और न्यूट्रॉन तारे परम पावर प्लांट के रूप में कार्य करते हैं। ये इंजन केवल वहां बैठे नहीं रहते; वे कणों की अविश्वसनीय रूप से तेज़ धाराएं बाहर निकालते हैं जिन्हें "जेट्स" कहा जाता है, और उन्हें प्रकाश की गति के करीब अंतरिक्ष में छोड़ देते हैं। दशकों से, खगोलशास्त्री यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि ये जेट्स आपस में कैसे जुड़े रहते हैं। क्या वे एक चौड़े, अस्त-व्यस्त फायरहोज़ की तरह निकलते हैं जो हर तरफ फैल जाता है, या उन्हें एक तंग, केंद्रित लेजर बीम में सिकोड़ा जाता है? हम पहले से ही विशाल आकाशगंगाओं के केंद्रों में स्थित अति-विशाल ब्लैक होल के बारे में उत्तर जानते हैं, लेकिन हमारे अपने पड़ोस में मौजूद छोटे, "शिशु" ब्लैक होल (जिन्हें एक्स-रे बाइनरी कहा जाता है) के लिए, हम कभी भी यह देखने के लिए स्पष्ट तस्वीर नहीं ले पाए कि उनके जेट्स का आकार कैसे बनता है। यह बगीचे के पाइप के नोजल का अध्ययन करने जैसा है—आप जानते हैं कि पानी बाहर आ रहा है, लेकिन आप यह नहीं देख सकते कि वह एक स्प्रे है या एक सीधी धार।

यहीं पर हमारी कहानी का सितारा, SS 433, आता है। यह हमारी अपनी आकाशगंगा में स्थित एक प्रसिद्ध ब्रह्मांडीय विचित्रता (oddball) है, एक ऐसी प्रणाली जहाँ एक ब्लैक होल एक साथी तारे को लालच से खा रहा है और विपरीत दिशाओं में दो शक्तिशाली जेट्स छोड़ रहा है। क्योंकि SS 433 बहुत चमकीला और सक्रिय है, यह अंततः यह देखने के लिए एक आदर्श उम्मीदवार है कि इन जेट्स का निर्माण कैसे होता है। बड़ा सवाल यह है कि जैसे-जैसे ये जेट्स अपने स्रोत से दूर जाते हैं, क्या वे अपना आकार बनाए रखते हैं, या वे डगमगाते हैं और फैल जाते हैं? इसे समझना हमें यह जानने में मदद करता है कि भौतिकी के कौन से नियम ऊर्जा के संचार को नियंत्रित करते हैं, चाहे वह एक छोटे तारे के तंत्र में हो या आकाशगंगा के आकार के दैत्य में।

इस नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों की एक टीम ने दुनिया भर में रेडियो डिशों को जोड़कर बनाए गए एक अत्यंत शक्तिशाली "आभासी टेलीस्कोप" का उपयोग करके SS 433 पर करीब से नज़र रखने का निर्णय लिया। यह तकनीक, जिसे वेरी लॉन्ग बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री (VLBI) कहा जाता है, एक विशाल आवर्धक लेंस (magnifying glass) की तरह काम करती है, जो उन्हें आर्क के कुछ हजारवें हिस्से जितने छोटे विवरण देखने की अनुमति देती है। 1995, 1998 और 2000 में एकत्र किए गए डेटा का उपयोग करके, वे ब्लैक होल से दूर जाते समय जेट की चौड़ाई को मापने में सफल रहे।

परिणाम एक जादू के खेल को घटित होते देखने जैसे हैं। जब उन्होंने हमारी ओर आने वाले जेट ("approaching" jet) को 1995 और 1998 के डेटा का उपयोग करके देखा, तो उन्होंने पाया कि इसका एक बहुत ही विशिष्ट आकार था: एक "क्वासी-पैराबोलिक" (quasi-parabolic) प्रोफाइल। एक पानी के पाइप की कल्पना करें जो चौड़ा शुरू होता है और फिर जैसे-जैसे पानी आगे बढ़ता है, उसे और अधिक कसकर सिकोड़ा जाता है, बजाय इसके कि वह फैल जाए। जेट लगभग 20 डिग्री के चौड़े उद्घाटन कोण के साथ शुरू हुआ लेकिन जैसे-जैसे यह स्रोत से दूर गया, यह धीरे-धीरे सिमटकर केवल 3 डिग्री रह गया। यह बताता है कि जेट को "कोलिमेटेड" (collimated) किया जा रहा है, यानी जैसे-जैसे वह स्रोत से दूर जाता है, उसे एक तंग बीम में सिकोड़ा जा रहा है।

हालाँकि, कहानी वर्ष 2000 के डेटा को देखते समय थोड़ी डगमगा जाती है। उन छवियों में, जेट की चौड़ाई एक चिकनी रेखा का पालन नहीं कर रही थी; इसके बजाय, इसमें "स्थानीय दोलन" (local oscillations), या छोटे उभार और ऊबड़-खाबड़ हिस्से थे, जिससे एक एकल पूर्ण वक्र (curve) बनाना कठिन हो गया। यह ऐसा था जैसे पाइप कंपन कर रहा हो या धड़क रहा हो, जिससे उस विशिष्ट क्षण में आकार के बदलने को सटीक रूप से कहना कठिन हो गया। इन उभारों के बावजूद, समग्र रुझान अभी भी जेट के संकुचित होने को दर्शाता था, जो यह सिद्ध करता है कि सिकोड़ने का प्रभाव वास्तविक है। टीम ने हमसे दूर जाने वाले जेट ("receding" jet) को भी देखा, लेकिन गैस के एक बादल के कारण इसे स्पष्ट रूप से देखना कठिन था, जो बिल्कुल वैसा ही था जैसे घने कोहरे के माध्यम से टॉर्च की रोशनी देखने की कोशिश करना।

सबसे रोमांचक खोजों में से एक यह थी कि जेट का "कोर"—ब्लैक होल के पास का चमकीला बिंदु—उपयोग की जाने वाली रेडियो फ्रीक्वेंसी के आधार पर स्थानांतरित होता है। उन्होंने पाया कि फ्रीक्वेंसी जितनी अधिक होती है, कोर केंद्र के उतना ही करीब चला जाता है, जो एक विशिष्ट गणितीय नियम का पालन करता है जैसा कि हम विशाल गैलेक्सी जेट्स में देखते हैं। SS 433 जैसी तारा प्रणाली में इस संबंध को पहली बार मापा गया है।

तो, इसका क्या अर्थ है? लेखक सुझाव देते हैं कि SS 433 पहला एक्स-रे बाइनरी है जहाँ हम वास्तव में जेट को यात्रा करते समय एक तंग बीम में सिकुड़ते हुए देख सकते हैं। हालाँकि 2000 का डेटा थोड़ा अव्यवस्थित था, लेकिन 1995 और 1998 का डेटा एक स्पष्ट चित्र प्रदान करता है कि एक जेट चौड़ा शुरू होता है और फिर संकरा होता जाता है, जो यह प्रमाणित करता है कि इन ब्रह्मांडीय धाराओं को उन बलों द्वारा सक्रिय रूप से आकार दिया और सीमित किया जा रहा है जिन्हें हम अभी समझना शुरू कर रहे हैं। यह ब्रह्मांडीय इंजनों के काम करने के तरीके को समझने की दिशा में एक बड़ा कदम है, जो दिखाता है कि हमारे पड़ोस के छोटे ब्लैक होल भी उन्हीं नियमों का पालन करते हैं जिनका पालन विशाल आकाशगंगाओं के केंद्रों में स्थित दिग्गजों द्वारा किया जाता है।

समस्या
यद्यपि सक्रिय गैलेक्टिक नाभिकों (AGN) में जेट कोलिमेशन प्रोफाइल (jet collimation profiles) के लक्षण वर्णन में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, फिर भी एक्स-रे बाइनरी (XRB) में इसी प्रकार के मापन मिलना कठिन रहा है। यह अंतराल इसलिए मौजूद है क्योंकि XRBs के 'हार्ड स्टेट' में स्थिर जेट आमतौर पर पर्याप्त पहचान के लिए बहुत धुंधले और सघन होते हैं, जबकि क्षणिक जेट अक्सर निरंतर प्रवाह के बजाय विविक्त उत्सर्जन (discrete ejecta) के रूप में प्रकट होते हैं। इसके अतिरिक्त, सटीक कोर-शिफ्ट (core-shift) मापन के अभाव ने केंद्रीय संचयक (central accretor) से दूरी के फलन के रूप में जेट की चौड़ाई को ट्रैक करने के प्रयासों को बाधित किया है। फलस्वरूप, यह एक खुला प्रश्न बना हुआ है कि संचित वस्तुओं (accreting compact objects) में सापेक्षतावादी जेट कैसे कोलिमेट (collimated) होते हैं, विशेष रूप से उच्च एडिंगटन अनुपात (high Eddington ratios) पर संचय करने वाली गैलेक्टिक प्रणालियों में।

कार्यप्रणाली
लेखकों ने हाइपर-एडिंगटन प्रणाली SS 433 से प्राप्त आर्काइवल वेरी लॉन्ग बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री (VLBI) डेटा का उपयोग किया, जिसे VLBA के साथ VLA एंटेना (1995, 1998) और यूरोपियन VLBI नेटवर्क (EVN) स्टेशनों (2000) के माध्यम से प्राप्त किया गया था। विश्लेषण में शामिल था:

इमेज प्रोसेसिंग: AIPS में मानक अंशांकन (calibration) और DIFMAP में पुनरावृत्ति चरण/आयाम स्व-अंशांकन इमेजिंग (iterative phase/amplitude self-calibration imaging)।
कोर शिफ्ट निर्धारण: केंद्रीय बाइनरी सिस्टम को जेट के आधार के सापेक्ष खोजने के लिए 1.7, 5, 8.4, और 15 GHz पर ऑप्टिकली थिन जेट घटकों (E1, E2, E3) का उपयोग करके आवृत्ति-निर्भर कोर स्थितियों को मापना।
जेट चौड़ाई मापन: AGN कोलिमेशन अध्ययन प्रोटोकॉल का पालन करते हुए, लेखकों ने गोलाकार बीम के साथ छवियों को रिस्टोर किया, जेट अक्ष को संरेखित किया, और अनुप्रस्थ तीव्रता प्रोफाइल (transverse intensity profiles) निकाले। इन्हें जेट की पूर्ण चौड़ाई (FWHM) प्राप्त करने के लिए गाऊसी फलनों (Gaussian functions) के साथ फिट किया गया। डीकनवल्वेड जेट चौड़ाई ( $W$ ) की गणना सिंथेसाइज्ड बीम आकार को घटाकर की गई।
ज्यामितीय सुधार: SS 433 के स्थापित गतिज मॉडल (आंतरिक गति $\beta \approx 0.26$ , प्रेसेशन अवधि $\sim 162$ दिन) का उपयोग करते हुए, लेखकों ने प्रक्षेपित दूरियों और चौड़ाई को आंतरिक मानों में बदलने के लिए प्रत्येक युग (epoch) के लिए जेट दृश्य कोण ( $\theta_{view}$ ) की गणना की।
प्रोफाइल फिटिंग: जेट चौड़ाई को पावर-लॉ संबंधों ( $W \propto r^a$ ) के साथ फिट किया गया ताकि बेलनाकार ( $a=0$ ), परवलयाकार ( $a=0.5$ ), और शंक्वाकार ( $a=1$ ) ज्यामिति के बीच अंतर किया जा सके।

मुख्य योगदान और परिणाम
यह अध्ययन एक XRB में जेट कोलिमेशन प्रोफाइल के पहले प्रत्यक्ष मापन को प्रस्तुत करता है।

जेट कोलिमेशन प्रोफाइल:
- 1995 और 1998 का डेटा: अग्रगामी जेट (approaching jet) $\sim 3 \times 10^{14}$ से $8 \times 10^{15}$ सेमी के डीप्रोजेक्टेड दूरियों पर एक सुव्यवस्थित क्वासी-पराबोलिक प्रोफाइल ( $W \propto r^{0.74 \pm 0.02}$ ) प्रदर्शित करता है। पश्चगामी जेट (receding jet) भी एक परवलयाकार प्रवृत्ति का अनुसरण करता है ( $W \propto r^{0.46 \pm 0.23}$ ), हालांकि फ्री-फ्री अब्सॉर्प्शन (FFA) के कारण माप बिखरे हुए हैं।
- 2000 का डेटा: जबकि 2000 के अवलोकन बेहतर रिज़ॉल्यूशन प्रदान करते हैं, जेट चौड़ाई के मापन में प्रमुख स्थानीय दोलन ("humps") दिखाई देते हैं, जो एकल पावर लॉ के माध्यम से एक मजबूत लक्षण वर्णन को रोकते हैं। हालांकि, ये डेटा अभी भी प्रगतिशील कोलिमेशन की पुष्टि करते हैं।
जेट ओपनिंग एंगल का विकास: अग्रगामी जेट का आंतरिक ओपनिंग एंगल $8 \times 10^{14}$ सेमी पर $\sim 20^\circ$ से घटकर $9 \times 10^{15}$ सेमी पर $\sim 3^\circ$ हो जाता है। यह इन पैमानों पर द्विध्रुवीय बहिर्वाह (bipolar outflow) के प्रगतिशील कोलिमेशन को दर्शाता है।
कोर-शिफ्ट संबंध: लेखकों ने चार फ्रीक्वेंसी बैंड में कोर स्थितियों को मापा और एक कोर-शिफ्ट संबंध $\Delta r_{core, R.A.} \propto \nu^{-1.1 \pm 0.3}$ व्युत्पन्न किया। यह सूचकांक सिंक्रोट्रॉन सेल्फ-एब्जॉर्ब्ड जेट्स ( $\nu^{-1}$ ) के लिए सैद्धांतिक अपेक्षाओं और निकटवर्ती AGN के लिए रिपोर्ट किए गए मानों के अनुरूप है।
जेट ज्यामिति परिवर्तनशीलता: अध्ययन कोलिमेशन व्यवहार में संभावित विविधता को नोट करता है, क्योंकि 2000 के डेटा में दोलनों वाली विशेषताएं दिखती हैं जो 1995/1998 के स्मूथ प्रोफाइल में नहीं थीं, और एक 1999 के अवलोकन ने बड़े पैमाने पर लगभग बेलनाकार ज्यामिति का सुझाव दिया था।

महत्व
यह शोध पत्र SS 433 को पहले एक्स-रे बाइनरी के रूप में स्थापित करता है जिसमें जेट कोलिमेशन प्रोफाइल, ओपनिंग-एंगल विकास और कोर-शिफ्ट संबंधों को सीमित किया गया है। ये परिणाम प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान करते हैं कि गैलेक्टिक XRBs में जेट्स शुद्ध शंक्वाकार या बिना विनिबद्ध (unconfined) होने के बजाय, AGN के समान प्रगतिशील कोलिमेशन से गुजर सकते हैं। निष्कर्ष बताते हैं कि चुंबकीय हूप स्ट्रेस (magnetic hoop stress) (लंबवत क्षेत्र अभिविन्यास दिखाने वाले पोलारिमेट्रिक डेटा द्वारा समर्थित) और ठंडे प्रोटॉन (बैरियोनिक जेट्स) की उपस्थिति जैसे तंत्र जेट को सीमित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। आंतरिक एक्स-रे जेट के बंधन (confinement) को रेडियो जेट कोलिमेशन से जोड़कर, यह अध्ययन कई क्रमों के परिमाण (orders of magnitude) के पैमाने पर जेट और उसके आसपास के वातावरण के बीच एक जटिल परस्पर क्रिया को उजागर करता है। व्युत्पन्न कोर-शिफ्ट संबंध AGN जेट भौतिकी की गैलेक्टिक XRBs के लिए प्रयोज्यता को और अधिक पुष्ट करता है।

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