AT 2020afjz (TSS2020a): The First Fast Extragalactic Transient Discovered by TESS

ब्रह्मांड उन ब्रह्मांडीय विस्फोटों से भरा हुआ है जो पलक झपकते ही घटित होते हैं, फिर भी दशकों से हमारे दूरबीनें उन्हें रंगे हाथों पकड़ने के लिए बहुत धीमी रही हैं। जबकि खगोलविदों ने लंबे समय से सुपरनोवा और अन्य तारकीय मृत्यु का अध्ययन किया है जो दिनों या हफ्तों तक चलती हैं, सबसे तेज़ घटनाएँ—जो मात्र कुछ घंटों में चमकती और फीकी पड़ जाती हैं—काफी हद तक अदृश्य रही हैं। ये क्षणशील क्षण चरम भौतिकी द्वारा संचालित होते हैं, जिनमें अक्सर प्रकाश की गति के करीब चलने वाले पदार्थ के जेट शामिल होते हैं, लेकिन बिना ऐसे टेलीस्कोप के जो आकाश को निरंतर देख सके और बहुत तेज़ी से तस्वीरें ले सके, ये घटनाएँ बिना सूचना दिए निकल जाती हैं। चुनौती इन एक घंटे के फ्लैश को गायब होने से पहले पहचानने का तरीका खोजने में थी, जो व्यापक दृष्टि और तीव्र ध्यान के एक अनूठे संयोजन की मांग करता है।

खगोलविदों की एक टीम ने अब इनमें से एक मायावी घटना को पकड़ा है, जो ब्रह्मांड को देखने के हमारे तरीके में एक महत्वपूर्ण बदलाव का प्रतीक है। ट्रांसिटिंग एक्सोप्लैनेट सर्वे सैटेलाइट (TESS) के डेटा का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक दूरस्थ आकाशगंगा में प्रकाश की एक चमकीली चमक देखी जो एक ही रात में प्रकट हुई, अपने शिखर पर पहुँची और पूरी तरह से फीकी पड़ गई। इस घटना को AT 2020afjz नाम दिया गया है, और यह पहली बार है जब ऐसी तेज़, अंतर-आकाशगंगा विस्फोट की खोज किसी गामा-रे डिटेक्टर से पूर्व चेतावनी के बिना की गई है। इसके बजाय, टीम ने TESS डेटा को छानने और फ्लैश को अपने आप खोजने के लिए एक नए सॉफ्टवेयर पाइपलाइन का उपयोग किया। इसका परिणाम एक ऐसे विस्फोट का विस्तृत रिकॉर्ड है जो अपने सबसे चमकीले स्तर पर केवल लगभग ढाई घंटे तक रहा, जो एक सापेक्षतावादी जेट (relativistic jet) के जन्म और मृत्यु की एक दुर्लभ, उच्च-परिभाषा वाली झलक प्रदान करता है।

इस खोज की शुरुआत नवंबर 2020 में हुई, जब TESS उपग्रह दक्षिणी गोलार्ध के एक हिस्से को स्कैन कर रहा था। TESS मुख्य रूप से ग्रहों को खोजने के लिए तारों की चमक में होने वाली मामूली गिरावट को देखने के लिए बनाया गया है, लेकिन इसके कैमरे अचानक होने वाली चमक को भी पकड़ने में सक्षम हैं। शोधकर्ताओं ने उपग्रह के फुल-फ्रेम छवियों को संसाधित करने के लिए एक प्रणाली विकसित की, जो किसी भी तेजी से बदलते बदलाव की तलाश करती थी। उन्होंने एक ऐसा स्रोत पाया जो लगभग एक घंटे में अपनी अधिकतम चमक तक पहुँचा और फिर फीका पड़ गया, जो गायब होने से पहले लगभग दस घंटों तक दृश्यमान रहा। लाइट कर्व (प्रकाश वक्र), जो समय के साथ चमक को ट्रैक करता है, एक धीमी वृद्धि और एक तेज़ गिरावट को दर्शाता है, जो अधिकांश ज्ञात ब्रह्मांडीय विस्फोटों के विशिष्ट व्यवहार से भिन्न है।

इस फ्लैश के कारण को समझने के लिए, टीम को सबसे पहले इसके घर का पता लगाना था। अन्य दूरबीनों की गहरी छवियों के साथ फ्लैश की स्थिति की तुलना करके, उन्होंने इसके उद्गम को एक धुंधली, दूरस्थ आकाशगंगा के रूप में पहचाना। यह आकाशगंगा परस्पर क्रिया करने वाली आकाशगंगाओं के एक जोड़े का हिस्सा है, जिसका अर्थ है कि दोनों गुरुत्वाकर्षण के कारण एक-दूसरे को खींच रही हैं। फ्लैश इन आकाशगंगाओं में से एक के पास हुआ, जो एक छोटी, तारा-निर्माण करने वाली प्रणाली प्रतीत होती है। इस आकाशगंगा की दूरी विशाल है; जो प्रकाश हम देखते हैं वह तब छोड़ा गया था जब ब्रह्मांड बहुत युवा था, जो लगभग 0.67 के रेडशिफ्ट के अनुरूप है। तथ्य यह है कि यह घटना एक ऐसी आकाशगंगा में हुई जहाँ अभी भी तारे जन्म ले रहे हैं, इस विचार का समर्थन करता है कि यह एक विशाल तारे की मृत्यु के कारण हुआ था, जो अक्सर ऊर्जा के शक्तिशाली जेट की ओर ले जाता है।

विस्फोट की प्रकृति स्वयं एक पहेली बनी हुई है, जिसके दो संभावित समाधान हैं, जो डेटा के साथ समान रूप से फिट बैठते हैं। शोधकर्ताओं ने प्रकाश वक्र को उस भौतिकी का उपयोग करके मॉडल किया जो पदार्थ के जेट और उनके आसपास के स्थान के बीच की अंतःक्रिया का वर्णन करती है। उन्होंने पाया कि इस घटना को दो तरीकों से समझाया जा सकता है। पहली संभावना यह है कि विस्फोट एक "ऑर्फ़न आफ्टरग्लो" (orphan afterglow) था, जिसका अर्थ है कि जेट उस दिशा में छोड़ा गया था जो सीधे पृथ्वी की ओर नहीं थी। इस परिदृश्य में, हम जेट के कोर के बजाय उसके किनारे को देख रहे हैं, जो यह समझाता है कि प्रकाश धीरे-धीरे क्यों बढ़ा और कोई गामा-रे विस्फोट क्यों नहीं देखा गया। दूसरी संभावना यह है कि जेट हमारी ओर था, लेकिन वह "गंदा" (dirty) था, जिसका अर्थ है कि यह इतने अधिक पदार्थ से भरा हुआ था कि गामा किरणों का चमकीला फ्लैश उत्पन्न नहीं कर सका। इस मामले में, विस्फोट एक "डर्टी फायरबॉल" होगा, जहाँ ऊर्जा सामान्य उच्च-ऊर्जा सिग्नेचर के बिना एक चमकीले ऑप्टिकल फ्लैश के रूप में धीरे-धीरे मुक्त होती है।

पहेली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा गायब है: टीम पुष्टि नहीं कर सकती कि गामा किरणें वास्तव में उत्सर्जित हुई थीं या नहीं। उच्च-ऊर्जा विस्फोटों का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया उपग्रह, Fermi-GBM, विस्फोट के ठीक समय पर पृथ्वी द्वारा अवरुद्ध था। कवरेज के इस अंतराल के कारण, शोधकर्ता निश्चित रूप से यह नहीं कह सकते कि यह एक गामा-रे बर्स्ट था जो देखने के लिए छिपा हुआ था, या एक ऐसा गामा-रे बर्स्ट था जो कभी हुआ ही नहीं। यह अनिश्चितता उन्हें "ऑर्फ़न" और "डर्टी फायरबॉल" स्पष्टीकरणों के बीच चयन करने से रोकती है। हालाँकि, दोनों परिदृश्य एक ही निष्कर्ष की ओर इशारा करते हैं: घटना एक सापेक्षतावादी इंजन (relativistic engine) द्वारा संचालित थी, जो संभवतः एक विशाल तारे के पतन से जुड़ी थी, लेकिन यह उन विशिष्ट विस्फोटों से भिन्न व्यवहार करती है जिन्हें हम आमतौरते देखते हैं।

इस खोज का महत्व इस विशिष्ट घटना से परे है। यह सिद्ध करता है कि TESS, जो मुख्य रूप से ग्रह खोजने के लिए बनाया गया एक टेलीस्कोप है, ब्रह्मांड में तेज़, दुर्लभ विस्फोटों को खोजने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण के रूप में भी काम कर सकता है। उपग्रह के डेटा का विश्लेषण करने के लिए नई सॉफ्टवेयर पाइपलाइन का उपयोग करके, टीम ने दिखाया है कि हम अब गामा-रे ट्रिगर की आवश्यकता के बिना इन एक-घंटे के ट्रांजिएंट्स (transients) का पता लगा सकते हैं। यह उन संपूर्ण ब्रह्मांडीय घटनाओं को खोजने का द्वार खोलता है जो सादे दिखते हुए भी छिपी हुई हैं। हालाँकि टीम अभी यह नहीं बता सकती कि इन घटनाओं की कुल संख्या कितनी है, AT 2020afjz की खोज बताती है कि वे बाहर मौजूद हैं, खोजे जाने की प्रतीक्षा कर रहे हैं। जैसे-जैसे सॉफ्टवेयर TESS के अधिक डेटा को स्कैन करना जारी रखेगा, खगोलविद और भी क्षणिक क्षणों को खोजने की उम्मीद करते हैं, जो ब्रह्मांड की सबसे चरम भौतिकी की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करेंगे।

अध्ययन समय और सटीकता के महत्व पर भी प्रकाश डालता है। फ्लैश अपनी अधिकतम चमक के आधे से ऊपर केवल 2.4 घंटों तक रहा, एक ऐसा समय अंतराल जो उन दूरबीनों द्वारा मिस कर दिया जाता है जो दिन में केवल एक बार तस्वीरें लेती हैं। घटना के उदय और पतन को इतनी बारीकी से हल करने की क्षमता ने शोधकर्ताओं को उच्च विश्वास के साथ विस्फोट की भौतिकी को मॉडल करने की अनुमति दी। उन्होंने निर्धारित किया कि विस्फोट एक घने वातावरण में हुआ था, जो संभवतः गैस और धूल के बादल में था, जिसने प्रकाश के हमारे पास आने के तरीके को प्रभावित किया। यह घनत्व बताता है कि विस्फोट एक ऐसे क्षेत्र में हुआ था जहाँ तारे सक्रिय रूप से बन रहे हैं, जो मेजबान आकाशगंगा के स्थान के अनुरूप है।

गामा-रे डेटा की कमी के बावजूद, यह घटना इन तेज़ ट्रांजिएंट्स को समझने के लिए एक बेंचमार्क प्रदान करती है। यह दिखाता है कि सभी सापेक्षतावादी विस्फोट एक जैसे नहीं दिखते हैं, और कुछ को विशुद्ध रूप से उनके ऑप्टिकल प्रकाश के माध्यम से भी पहचाना जा सकता है। शोधकर्ता TESS के भविष्य के डेटा पर अपनी विधियों को लागू करने की योजना बना रहे हैं, इस उम्मीद में कि वे और उदाहरण खोज सकें और अंततः इन गामा-रे शांत घटनाओं की पूरी कहानी को जोड़ सकें। फिलहाल, AT 2020afjz निरंतर अवलोकन की शक्ति और आकाश को नई दृष्टि से देखने के मूल्य का एक प्रमाण है, जो ब्रह्मांड के एक छिपे हुए कोने को प्रकट करता है जो पहले पहुंच से बाहर था।