Galactic Microquasar and Supernova Remnants Imprinting on Diffuse Neutrino and Gamma-Ray Sky
यह शोध पत्र एक संख्यात्मक ढांचा प्रस्तुत करता है जो यह प्रदर्शित करता है कि गैलेक्टिक विसरित न्यूट्रिनो और गामा-रे उत्सर्जन संयुक्त रूप से सुपरनोवा अवशेषों (जो ~10 TeV से नीचे प्रभावी हैं) और माइक्रोक्वेसरों (जो उच्च ऊर्जाओं पर प्रभावी हैं) द्वारा उत्पन्न होते हैं, जो एक बहु-जनसंख्या मॉडल है और हालिया IceCube और LHAASO अवलोकनों के साथ सफलतापूर्वक संरेखित होता है।
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हमारी आकाशगंगा के हृदय में गहराई में, तारों से कणों की एक निरंतर, अदृश्य वर्षा होती है। ये कॉस्मिक किरणें हैं, उच्च-गति वाले प्रोटॉन और परमाणु नाभिक जो लगभग प्रकाश की गति से आकाशगंगा में यात्रा करते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि ये कण हिंसक ब्रह्मांडीय घटनाओं, जैसे कि विशाल तारों के विस्फोटों से उत्पन्न होते हैं, लेकिन स्रोतों का सटीक मिश्रण और वे हम तक कैसे पहुँचते हैं, यह एक पहेली बना हुआ है। जब ये कॉस्मिक किरणें उस विरल गैस से टकराती हैं जो सितारों के बीच के स्थान को भरती है, तो वे कणों की एक द्वितीयक बौछार पैदा करती हैं, जिसमें भूतिया न्यूट्रिनो और उच्च-ऊर्जा गामा किरणें शामिल हैं। इन द्वितीयक संकेतों का पता लगाना एक अंधेरे तालाब में फेंके गए पत्थर के छपाके को देखने जैसा है; यह हमें बताता है कि पत्थर वहाँ था, भले ही हम फेंकने वाले को न देख सकें। इस विसरित चमक (diffuse glow) के मूल को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह वह पृष्ठभूमि शोर (background noise) बनाता है जिसके विरुद्ध खगोलविदों को विशिष्ट, शक्तिशाली स्रोतों की खोज करनी होती है। यदि हम इस पृष्ठभूमि का सटीक मानचित्रण नहीं कर सकते, तो हम आकाशगंगा की गर्जना से नए ब्रह्मांडीय त्वरकों (cosmic accelerators) की मंद फुसफुसाहट को अलग नहीं कर पाएंगे।
एक शोध दल ने अब इस ब्रह्मांडीय पृष्ठभूमि का एक नया, विस्तृत मानचित्र बनाया है, जो यह प्रकट करता है कि आकाशगंगा के उच्च-ऊर्जा आकाश की कहानी दो अलग-अलग प्रकार के कॉस्मिक इंजनों द्वारा मिलकर संचालित की जा रही है। अगस्त 2026 में प्रकाशित एक अध्ययन में, शिची यू और बिंग थियोडोर झांग ने एक कंप्यूटर मॉडल विकसित किया जो यह ट्रैक करता है कि दो अलग-अलग प्रकार के स्रोतों—सुपरनोवा अवशेषों (supernova remnants) और माइक्रोक्वेसर (microquasars)—से आने वाली कॉस्मिक किरणें आकाशगंगा में कैसे फैलती हैं और अंतरतारकीय गैस के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती हैं। सुपरनोवा अवशेष उन मलबे के फैलते हुए आवरण हैं जो विशाल तारों के फटने के बाद पीछे रह जाते हैं, जबकि माइक्रोक्वेसर वे प्रणालियाँ हैं जहाँ एक ब्लैक होल या न्यूट्रॉन तारा एक साथी तारे से पदार्थ खींचता है, और कणों की शक्तिशाली जेट्स बाहर फेंकता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये दो आबादी सभी ऊर्जाओं पर समान योगदान नहीं देती हैं। इसके बजाय, वे ऊर्जा स्पेक्ट्रम के विभिन्न हिस्सों पर प्रभुत्व जमाती हैं, जिससे एक निर्बाध संक्रमण (seamless transition) बनता है जो आइसक्यूब न्यूट्रिनो ऑब्जर्वेटरी और LHAASO गामा-रे टेलीस्कोप के हालिया अवलोकनों की व्याख्या करता है।
टीम का दृष्टिकोण इन दो स्रोत आबादी को स्वतंत्र अभिनेताओं के रूप में मानने का था, जिनमें से प्रत्येक के अपने नियम हैं कि वे कणों को कितनी तेजी से त्वरित करते हैं और वे कण कितनी दूर यात्रा कर सकते हैं। उन्होंने लाखों वर्षों में कॉस्मिक किरणों की गति का अनुकरण किया, और अपनी गणनाओं को DAMPE और LHAASO उपकरणों द्वारा पृथ्वी के पास पता लगाए गए कॉस्मिक किरणों के सटीक मापों पर आधारित किया। पृथ्वी के पास के इन स्थानीय मापों को आकाशगंगा के गैस वितरण के त्रि-आयामी मॉडल में फीड करके, वे भविष्यवाणी कर सके कि हर दिशा में कितने न्यूट्रिनो और गामा किरणें उत्पन्न होनी चाहिए। परिणाम एक स्पष्ट श्रम विभाजन दिखाते हैं। कम ऊर्जा पर, लगभग 10 ट्रिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट से नीचे, यह विसरित चमक लगभग पूरी तरह से सुपरनोवा अवशेषों का कार्य है। इन प्राचीन तारकीय विस्फोटों ने युगों से आकाशगंगा को कॉस्मिक किरणों से सींच रखा है, जिससे एक स्थिर, व्यापक पृष्ठभूमि बन रही है। हालाँकि, जैसे ही ऊर्जा इस सीमा से ऊपर बढ़ती है, सुपरनोवा अवशेषों का योगदान कम होता जाता है, और एक नया खिलाड़ी नेतृत्व संभाल लेता है: माइक्रोक्वेसर।
यह बदलाव महत्वपूर्ण है क्योंकि यह इस समस्या को हल करता है कि आकाश-गंगा कणों को उच्चतम ज्ञात ऊर्जाओं तक कैसे त्वरित करती है। जबकि सुपरनोवा अवशेष कणों को त्वरित करने में उत्कृष्ट हैं, वे उन्हें एक निश्चित सीमा से आगे धकेलने में संघर्ष कर सकते हैं। माइक्रोक्वेसर, अपने तीव्र चुंबकीय क्षेत्रों और सापेक्षिक जेट्स (relativistic jets) के साथ, "पीवैट्रोन" (PeVatrons) के रूप में कार्य करने में सक्षम प्रतीत होते हैं, जो लार्ज हैड्रोन कोलाइडर द्वारा उत्पन्न ऊर्जा से हजार गुना अधिक ऊर्जा तक कणों को त्वरित कर सकते हैं। मॉडल सुझाव देता है कि उच्च ऊर्जाओं पर कॉस्मिक रे स्पेक्ट्रम का सख्त होना (hardening) कोई रहस्य नहीं है, बल्कि माइक्रोक्वेसर द्वारा काम संभालने का एक स्वाभाविक परिणाम है। जब शोधकर्ताओं ने अपनी भविष्यवाणियों की तुलना बारह वर्षों में आइसक्यूब द्वारा एकत्र किए गए वास्तविक डेटा से की, तो मिलान उल्लेखनीय रूप से सटीक था। उनका मॉडल सफलतापूर्वक न्यूट्रिनो के देखे गए प्रवाह (flux) को पुनरुत्पादित करता है, जो एक भौतिक रूप से प्रेरित आधार प्रदान करता है जो नई भौतिकी की खोज किए बिना दोनों प्रकार के स्रोतों के योगदान को स्पष्ट करता है।
यही तर्क गामा किरणों पर भी लागू हुआ, जो दृश्य प्रकाश की उच्च-ऊर्जा संबंधी बहनें हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि उनका मॉडल, जिसमें माइक्रोक्वेसर के प्रभाव शामिल थे, LHAASO के अवलोकनों के साथ, विशेष रूप से 100 ट्रिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट से ऊपर की ऊर्जाओं पर, अच्छी तरह से संरेखित था। इन चरम ऊर्जाओं पर, गामा-रे आकाश माइक्रोक्वेसर से आने वाले प्रोटॉन की हैड्रोनिक अंतःक्रियाओं (hadronic interactions) द्वारा हावी होता है, जिससे एक स्वच्छ संकेत मिलता है जो अन्य प्रक्रियाओं से कम दूषित होता है। इस दहलीज से नीचे, डेटा में एक मामूली अधिकता दिखाई दी जिसे मॉडल पूरी तरह से कैप्चर नहीं कर सका, जो संभवतः प्रकाश के प्रकीर्णन करने वाले इलेक्ट्रॉनों या बहुत धुंधले व्यक्तिगत स्रोतों के कारण है। यह अवशिष्ट अंतराल (residual gap) यह दर्शाता है कि भविष्य के अवलोकन चित्र को कहाँ परिष्कृत कर सकते हैं, लेकिन मुख्य निष्कर्ष सुदृढ़ है: उच्च-ऊर्जा विसरित आकाश दो अलग-अलग आबादी का एक संयोजन है।
अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि आकाशगंगा की संरचना हमारे द्वारा देखे जाने वाले दृश्य को कैसे आकार देती है। क्योंकि न्यूट्रिनो केवल तभी उत्पन्न होते हैं जब कॉस्मिक किरणें गैस के घने पॉकेटों से टकराती हैं, इसलिए न्यूट्रिनो उत्सर्जन का परिणामी मानचित्र एक समान, सुचारू चमक नहीं है। इसके बजाय, यह अंतरतारकीय माध्यम की तंतुमय (filamentary), गांठदार संरचना का अनुसरण करता है, जिससे उन स्थानों पर स्थानीय "हॉट स्पॉट" बनते हैं जहाँ गैस सबसे सघन होती है। ये स्थान अनिवार्य रूप रूप से किसी सक्रिय त्वरक के स्थान को चिह्नित नहीं करते हैं; बल्कि, वे यह दिखाते हैं कि कॉस्मिक किरणों का स्थिर समुद्र, जो सभी दिशाओं से बह रहा है, वास्तव में कहाँ सबसे अधिक पदार्थ से टकराता है। यह अंतर खगोलविदों के लिए महत्वपूर्ण है जो नए पॉइंट सोर्सेज की खोज कर रहे हैं, क्योंकि यह उन्हें एक विशिष्ट वस्तु के वास्तविक संकेत को आकाशगंगा के जटिल, बनावट वाले बैकग्राउंड से अलग करने में मदद करता है।
सुपरनोवा अवशेषों और माइक्रोक्वेसर के योगदान को अलग करके, शोधकर्ताओं ने एक लचीला ढांचा प्रदान किया है जिसे नए डेटा के आगमन के साथ परीक्षण और अपडेट किया जा सकता है। उनका कार्य सुझाव देता है कि विसरित पृष्ठभूमि एक एकल, अखंड इकाई नहीं है बल्कि अलग-अलग ब्रह्मांडीय धागों से बुना गया एक स्तरित टेपेस्ट्री है। यह समझ अगली पीढ़ी के मल्टी-मैसेंजर वेधशालाओं के लिए एक ठोस आधार प्रदान करती है, जो न्यूट्रिनो और गामा किरणों का उपयोग करके आकाशगंगा में और गहराई से झांकेंगी। बैकग्राउंड की एक स्पष्ट तस्वीर के साथ, ये उपकरण ब्रह्मांड के सबसे शक्तिशाली त्वरकों की पहचान करने के लिए बेहतर रूप से सुसज्जित होंगे, जिससे मिल्की वे की मंद, विसरित चमक को इसके सबसे हिंसक और ऊर्जावान प्रक्रियाओं के सटीक मानचित्र में बदला जा सकेगा।
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