Revisiting the XMM-Newton Observations of the Galactic Microquasar SS 433: Implications for the Origin of the Ultrahigh-Energy Emission Detected by LHAASO
यह शोध पत्र सूक्ष्मक्वेसर (microquasar) SS 433 के XMM-Newton अवलोकनों का पुनरविश्लेषण करता है ताकि एक गैलेक्टिक PeVatron के रूप में इसकी क्षमता की जांच की जा सके, जिसमें यह पाया गया है कि हालांकि जेट के आधारों के पास एक हार्ड इलेक्ट्रॉन घटक विशिष्ट चुंबकीय क्षेत्र की स्थितियों के तहत LHAASO के अल्ट्रा-हाई-एनर्जी उत्सर्जन की व्याख्या कर सकता है, लेकिन देखे गए स्पेक्ट्रल विकास और डाउनस्ट्रीम री-ब्राइटनिंग के लिए जेट के भीतर अतिरिक्त कण इंजेक्शन या पुन: त्वरण (re-acceleration) की आवश्यकता होती है।
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ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल, अराजक निर्माण स्थल के रूप में करें जहाँ अदृश्य दिग्गज लगातार चीजों को आपस में टकरा रहे हैं। इस ब्रह्मांडीय कार्यशाला में, "पेवैट्रोंस" (PeVatrons) नामक विशेष मशीनें हैं जो सुपर-पावर्ड कण त्वरक (particle accelerators) की तरह काम करती हैं। उनका काम नन्हे, अदृश्य कणों को लेना और उन्हें तब तक आपस में टकराना है जब तक कि वे इतनी उच्च ऊर्जा तक न पहुँच जाएँ कि हमारे पृथ्वी पर आधारित सबसे शक्तिशाली मशीनें भी उनके सामने खिलौने लगने लगें। वैज्ञानिक दशकों से इन ब्रह्मांडीय मशीनों की तलाश कर रहे हैं क्योंकि वे इस रहस्य को सुलझा सकती हैं कि वे रहस्यमय "कॉस्मिक किरणें" (cosmic rays), जो लगातार हम पर बरस रही हैं, कहाँ से आती हैं। आमतौर पर, वैज्ञानिक इन मशीनों को फटे हुए सितारों के मलबे में खोजते हैं, लेकिन हाल ही में, संदिग्धों की एक नई श्रेणी उभर कर सामने आई है: माइक्रोक्वेसार (microquasars)। ये तारों के जोड़े (जिनमें से एक ब्लैक होल है) हैं जो इतने भूखे हैं कि वे अपने पड़ोसी को खा जाते हैं और सामग्री की दो उच्च-गति वाली जेट्स बाहर निकालते हैं, जैसे कि ब्रह्मांडीय गार्डन होज़ (garden hose) जिसे अधिकतम दबाव पर चालू कर दिया गया हो। इनमें से सबसे प्रसिद्ध SS 433 है, एक ऐसा सिस्टम जिसने वर्षों से खगोलविदों को उलझन में डाल रखा है। हाल ही में, पृथ्वी पर स्थित एक विशाल डिटेक्टर जिसे LHASO कहा जाता है, ने SS 433 से आने वाली कुछ अविश्वसनीय चीजें देखीं: 100 TeV से अधिक ऊर्जा वाले कण। यह "अल्ट्रा-हाई-एनर्जी" ज़ोन है, ऐसी ऊर्जा जो यह संकेत देती है कि SS 433 उन मायावी पेवैट्रोंस में से एक हो सकता है। लेकिन यहाँ एक पेंच है: ऊर्जा को देखना आसान है; यह पता लगाना कि वह वहाँ कैसे पहुँचती है, केक के टुकड़ों को चखकर उसकी रेसिपी का अनुमान लगाने जैसा है।
वैज्ञानिकों की एक टीम ने XMM-Newton नामक एक शक्तिशाली अंतरिक्ष दूरबीन का उपयोग करके SS 433 का बारीकी से अध्ययन करने का निर्णय लिया, जो ब्रह्मांड को एक्स-रे (X-rays) में देखती है। एक्स-रे को ब्रह्मांड के "हीट सिग्नेचर" के रूप में समझें; वे हमें दिखाते हैं कि सबसे अधिक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन कहाँ घूम रहे हैं। टीम ने ब्लैक होल से निकलने वाली दो विशाल जेट्स और उस सिस्टम के उत्तर में गैस के गर्म, फैलते हुए खोल (shell) का मानचित्र तैयार किया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या जेट्स में मौजूद इलेक्ट्रॉन ही उन 100 TeV कणों को बना रहे हैं, या कुछ और चल रहा है।
जो उन्हें मिला वह एक ब्रह्मांडीय रहस्य कहानी जैसा था जिसमें एक मोड़ था। जब उन्होंने जेट्स को देखा, तो उन्होंने पाया कि जैसे-जैसे कण केंद्र से दूर यात्रा करते हैं, वे "ठंडे" और कम ऊर्जावान होते जाते हैं, जो बिल्कुल वैसा ही है जैसा कि तब अपेक्षित होता है जब वे बाहर निकलते समय अपनी ऊर्जा खो रहे हों। हालाँकि, जेट्स के आधार के ठीक पास, उन्होंने इलेक्ट्रॉनों का एक समूह देखा जो अविश्वसनीय रूप से ऊर्जावान थे—इतने ऊर्जावान कि यदि जेट्स में चुंबकीय क्षेत्र पूरी तरह से समान (uniform) होता, जैसे कि एक शांत, सीधी नदी, तो वे उन 100 TeV कणों को बनाने में सक्षम होते।
लेकिन ब्रह्मांड शायद ही कभी "परफेक्ट" होता है। टीम ने सिमुलेशन चलाकर देखा कि क्या होता है यदि चुंबकीय क्षेत्र अधिक वास्तविक व्यवहार करते हैं, जैसे कि एक नदी जो बहते समय चौड़ी और धीमी हो जाती है। इस अधिक वास्तविक परिदृश्य में, जेट के आधार के पास चुंबकीय क्षेत्र बहुत मजबूत होगा। विरोधाभासी रूप से, यह मजबूत क्षेत्र एक ब्रेक की तरह काम करता है, जिससे उच्च-ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन अपनी ऊर्जा इतनी तेजी से खो देते हैं कि वे उन विशाल 100 TeV संकेतों को उत्पन्न नहीं कर पाते। यह एक कार को फ्लैट टायर के साथ पहाड़ी पर धकेलने जैसा है; इंजन (इलेक्ट्रॉन) तो मौजूद है, लेकिन परिस्थितियाँ (चुंबकीय क्षेत्र) उसे शिखर तक पहुँचने से रोकती हैं।
टीम ने जेट्स के साथ देखे जाने वाले चमकीले "नॉट्स" (knots) या पुन: चमकने वाले स्थानों की व्याख्या करने की भी कोशिश की। उन्होंने एक सिद्धांत का परीक्षण किया जहाँ चुंबकीय क्षेत्र इन स्थानों पर अचानक मजबूत हो जाता है, इस उम्मीद में कि यह अतिरिक्त रोशनी की व्याख्या कर सके। लेकिन गणित ने दिखाया कि जबकि यह स्थान को एक क्षण के लिए चमकीला बना सकता है, यह वास्तव में बाकी जेट को बहुत धुंधला और कणों को बहुत कमजोर बना देगा, जो जो हम देखते हैं उससे मेल नहीं खाता। यह सुझाव देता है कि इलेक्ट्रॉन केवल आधार से बाहर नहीं फेंके जा रहे हैं और फिर ठंडे होने के लिए नहीं छोड़े जा रहे हैं; उन्हें रास्ते में कहीं न कहीं "पुनः त्वरित" (re-accelerated) या दूसरी सांस मिलनी चाहिए।
अंत में, उन्होंने गैस के उत्तरी खोल (shell) को देखा, जो एक अलग प्रकार के कण त्वरक का संभावित उम्मीदवार है। उन्होंने यह जाँच की कि क्या इस खोल के शॉकवेव्स (shockwaves) उच्च-ऊसीय कणों का स्रोत हो सकते हैं। हालाँकि, उनकी गणनाओं ने दिखाया कि इस खोल में मौजूद इलेक्ट्रॉनों के पास आवश्यक गति तक पहुँचने के लिए पर्याप्त समय या शक्ति नहीं है। यह प्रभावी रूप से खोल को मुख्य अपराधी के रूप में खारिज करता है।
तो, फैसला क्या है? शोध पत्र सुझाव देता है कि जबकि SS 433 की जेट्स निश्चित रूप से कुछ अद्भुत कर रही हैं, यह सरल विचार कि वे अकेले 100 TeV कणों का एकमात्र स्रोत हैं, संदिग्ध है। वर्तमान एक्स-रे डेटा यह सिद्ध नहीं करता है कि जेट्स में इलेक्ट्रॉन आवश्यक ऊर्जा तक पहुँच सकते हैं, और चुंबकीय क्षेत्र संभवतः इसमें बाधा डालते हैं। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि शायद इसमें कोई अतिरिक्त, छिपा हुआ घटक शामिल है—शायद त्वरण का दूसरा स्रोत या किसी अन्य प्रकार की कण अंतःक्रिया—जिसे हमने अभी तक पूरी तरह से नहीं समझा है। जब तक हमारे पास आकाश पर देखने के लिए अधिक तीक्ष्ण आँखें नहीं होंगी, SS 433 ब्रह्मांड के सबसे शक्तिशाली त्वरकों की खोज में एक आकर्षक, अनसुलझी पहेली बना रहेगा।
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