Revisiting neutrino event epochs for the blazar PKS 0735+178 with TESS
यह अध्ययन न्यूट्रिनो-उत्सर्जित फ्लेयर के दौरान ब्लाज़र PKS 0735+178 के TESS ऑप्टिकल लाइट कर्व डेटा का विश्लेषण करता है, जो इसके बढ़ते और घटते चरणों के बीच विशिष्ट परिवर्तनशीलता विशेषताओं को प्रकट करता है और देखे गए ऑप्टिकल परिवर्तनों तथा बहु-इपोक न्यूट्रिनो घटनाओं के बीच एक भौतिक संबंध का सुझाव देता है।
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ब्रह्मांड की गहराइयों में, हमारी अपनी आकाशगंगा से बहुत दूर, विज्ञान द्वारा ज्ञात कुछ सबसे हिंसक और ऊर्जावान इंजन स्थित हैं। ये सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक (active galactic nuclei) हैं, जो सुपरमैसिव ब्लैक होल द्वारा संचालित आकाशगंगाओं के चमकीले हृदय हैं, जो अपने आस-पास की गैस और धूल को बड़ी भूख से निगल रहे हैं। जब ये ब्लैक होल भोजन करते हैं, तो वे अक्सर अत्यधिक गर्म प्लाज्मा की जुड़वां किरणें छोड़ते हैं, जो लगभग प्रकाश की गति से अंतरिक्ष में बाहर निकलती हैं। जब इनमें से एक किरण सीधे पृथ्वी की ओर संकेत करती है, तो हम एक ब्लेज़र (blazar) देखते हैं। ये वस्तुएं स्थिर नहीं हैं; वे बेचैन हैं, रेडियो तरंगों से लेकर उच्च-ऊर्जा गामा किरणों तक, प्रकाश के पूरे स्पेक्ट्रम में तीव्रता के साथ टिमटिमाती और चमकती रहती हैं। दशकों से, खगोलशास्त्री यह समझने के लिए इन ब्लेज़र्स का अवलोकन कर रहे हैं कि ब्लैक होल कणों को इतनी चरम ऊर्जाओं तक कैसे त्वरित करते हैं। इस क्षेत्र में एक प्रमुख रहस्य ब्रह्मांड के सबसे ऊर्जावान कणों, जिन्हें कॉस्मिक रेज़ (cosmic rays) कहा जाता है, और उनके साथ उत्पन्न होने वाले भूतिया, लगभग द्रव्यमान रहित कणों, जिन्हें न्यूट्रिनो (neutrinos) कहा जाता है, की उत्पत्ति रहा है। हालांकि हम लंबे समय से संदेह कर रहे थे कि ब्लेज़र इन उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो को बनाने वाली फैक्ट्रियां हो सकते हैं, लेकिन किसी ब्लेज़र को एक न्यूट्रिनो उत्पन्न करने की प्रक्रिया में पकड़ना अविश्वसनीय रूप से कठिन रहा है।
2021 के अंत में, एक दुर्लभ अवसर तब सामने आया जब PKS 0735+178 नामक एक विशिष्ट ब्लेज़र में एक विशाल विस्फोट (flare) हुआ। उसी समय, दुनिया भर की चार अलग-अलग न्यूट्रिनो वेधशालाओं ने एक संकीर्ण समय अंतराल के भीतर आकाश के एक ही हिस्से से उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो का एक समूह (burst) दर्ज किया। इस संयोग ने प्रकाश और पृथ्वी पर पहुँचने वाले अदृश्य कणों के बीच एक सीधा संबंध सुझाया। इस संबंध की जांच करने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम ने TESS नामक एक अंतरिक्ष टेलीस्कोप की ओर रुख किया, जिसका काम आमतौर पर ग्रहों की खोज करना है, लेकिन वह इस विस्फोट के दौरान संयोग से इसी ब्लेज़र की ओर देख रहा था। इस ब्लेज़र से आने वाले प्रकाश का अत्यंत सटीकता के साथ विश्लेषण करके, टीम ने यह समझने का प्रयास किया कि न्यूट्रिनो घटना के दौरान वस्तु का व्यवहार कैसा था और क्या प्रकाश के परिवर्तनों का समय यह समझा सकता है कि इन कणों का निर्माण कैसे हुआ।
शोधकर्ताओं ने तीन महीनों में एकत्र किए गए डेटा का उपयोग करते हुए 'लाइट कर्व' (एक ग्राफ जो समय के साथ ब्लेज़र की चमक में परिवर्तन दिखाता है) का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि ब्लेज़र में लगभग 75 दिनों तक चलने वाला एक नाटकीय विस्फोट हुआ। प्रकाश अपेक्षाकृत धीरे-धीरे बढ़ा, अपनी चरम चमक तक पहुँचने में लगभग दो महीने का समय लिया, और फिर बहुत तेजी से नीचे गिरा, केवल कुछ ही हफ्तों में सामान्य स्तर पर वापस आ गया। बढ़ने और तेजी से गिरने का यह पैटर्न इन ब्रह्मांडीय विस्फोटों में एक सामान्य संकेत है, जो अक्सर यह दर्शाता है कि कणों को लगातार त्वरित किया जा रहा है और फिर वे अपनी ऊर्जा जल्दी खो देते हैं। टीम ने डेटा को बढ़ते चरण (rising phase) और गिरने वाले चरण (falling phase) में विभाजित किया ताकि यह देखा जा सके कि क्या प्रत्येक भाग में व्यवहार अलग था। उन्होंने पाया कि उभार के दौरान प्रकाश का वितरण व्यवस्थित था, जो ऊर्जा के निरंतर इंजेक्शन का सुझाव देता है, जबकि गिरावट अराजक और अनियमित थी, जो संकेत देती है कि ऊर्जा क्षय होते समय जेट की संरचना टूट रही है या अशांत हो रही है।
अध्ययन का एक प्रमुख हिस्सा प्रकाश के विस्फोटों के समय की तुलना न्यूट्रिनो अलर्ट के आगमन के साथ करने में शामिल था। न्यूट्रिनो डिटेक्शन ऑप्टिकल फ्लेयर (प्रकाश का विस्फोट) के शिखर के दौरान हुए थे, जिसमें अधिकांश अलर्ट ऑप्टिकल मैक्सिमम के करीब दिखाई दिए, जबकि एक अलर्ट घटते चरण के दौरान दिखाई दिया। यह समय न्यूट्रिनो उत्पादन के अनुकूल स्थितियों के अनुरूप है, हालांकि यह संबंध अभी भी अनिश्चित है। शोधकर्ताओं ने एक परिदृश्य प्रस्तावित किया जहाँ ब्लैक होल से प्लाज्मा का एक नया, तेज़ गति वाला गांठ (knot) उत्सर्जित हुआ और उसने अपने आगे चल रही एक धीमी गति वाली गांठ का पीछा किया। जब इन दो सामग्रियों के प्रवाह आपस में टकराए, तो इसने संभवतः उस शॉकवेव (shockwave) को बनाया जो प्रकाश और न्यूट्रिनो दोनों उत्पन्न करने के लिए आवश्यक कणों को त्वरित करने के लिए जरूरी थी। तथ्य यह है कि न्यूट्रिनो तब आए जब प्रकाश अपने अधिकतम स्तर के करीब था, यह सुझाव देता है कि टकराव फ्लेयर के शिखर के आसपास हुआ था।
अध्ययन ने इन परिवर्तनों की गति को भी देखा। विश्लेषण ने दिखाया कि ब्लेज़र की चमक बढ़ने के दौरान लगभग 43 दिनों की अवधि में दोगुनी हो सकती है, लेकिन गिरने के दौरान यह केवल 17 दिनों में आधी हो सकती है। यह अंतर पुष्टि करता है कि ऊर्जा बनाने की प्रक्रिया, ऊर्जा छोड़ने की प्रक्रिया की तुलना में बहुत धीमी है। शोधकर्ताओं ने गणना की कि जहाँ यह गतिविधि हो रही थी, वह क्षेत्र विशाल है, जो सैकड़ों ट्रिलियन किलोमीटर तक फैला हुआ है, फिर भी यह ब्लेज़र के जेट के भीतर समाहित होने के लिए पर्याप्त छोटा है। हालांकि डेटा ऑप्टिकल फ्लेयर और न्यूट्रिनो घटना के बीच एक संभावित संबंध का सुझाव देता है, लेखक सावधानीपूर्वक नोट करते हैं कि इस लिंक को निर्णायक के बजाय केवल एक सुझाव के रूप में माना जाना चाहिए, जो आगे के अवलोकन संबंधी साक्ष्यों पर निर्भर है। न्यूट्रिनो उत्सर्जित करने वाले ब्लेज़र्स का नमूना अभी भी बहुत छोटा है, और अधिक अवलोकनों के बिना, यह कहना असंभव है कि ये कण बनने का एकमात्र तरीका यही है। हालांकि, लाइट कर्व का यह विस्तृत विवरण जेट के भीतर की भौतिक स्थितियों की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है, जो ब्रह्मांड की सबसे ऊर्जावान प्रक्रियाओं को समझने की निरंतर खोज में एक मूल्यवान सुराग है।
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