Decomposition of disk and jet optical emission: Case of PKS~1510-089 and PKS~0736+017

ब्रह्मांड के विशाल, अंधकारमय विस्तार में, कुछ आकाशगंगाएँ ब्रह्मांडीय प्रकाशस्तंभों की तरह कार्य करती हैं, जो विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में तीव्र विकिरण प्रसारित करती हैं। इनमें सबसे शक्तिशाली सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक (एक्टिव गैलेक्टिक न्यूक्लिआई) हैं, जो सुपरमैसिव ब्लैक होल के चारों ओर के क्षेत्र हैं जो भारी मात्रा में गैस और धूल का उपभोग करते हैं। जैसे-जैसे यह सामग्री अंदर की ओर घूमती है, यह एक घूमती हुई, अत्यधिक गर्म डिस्क बनाती है जो तापीय प्रकाश के साथ चमकती है, ठीक वैसे ही जैसे एक स्टोव का बर्नर गर्म होता है। यह प्रकाश ही वह कुंजी है जिसका उपयोग खगोलशास्त्री उस क्षेत्र के आकार को मापने के लिए करते हैं जहाँ गैस के बादल ब्लैक होल के चारों ओर घूमते हैं, जिसे 'ब्रॉड-लाइन रीजन' के रूप में जाना जाता है। डिस्क की चमक में बदलाव के डिस्क से बाहर निकलने और इन बादलों को रोशन करने में लगने वाले समय को मापकर, वैज्ञानिक ब्लैक होल के द्रव्यमान की गणना कर सकते हैं। हालाँकि, फ्लैट-स्पेक्ट्रम रेडियो क्वासर नामक इन आकाशगंगाओं के एक विशिष्ट वर्ग में, एक दूसरा, बहुत अधिक चमकीला प्रकाश स्रोत अक्सर हस्तक्षेप करता है। इन पिंडों में कणों की जेट्स होती हैं जो लगभग प्रकाश की गति से बाहर निकलती हैं, जो अपना स्वयं का तीव्र, गैर-तापीय विकिरण उत्सर्जित करती हैं। यह जेट का प्रकाश अभिवृद्धि डिस्क (एक्रीशन डिस्क) की कोमल चमक को दबा सकता है, जिससे ब्लैक होल के इंजन के वास्तविक संकेत को जेट के शोर से अलग करना कठिन हो जाता है।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में इस समस्या से निपटने के लिए PKS 0736+017 और PKS 1510-089 नामक दो ऐसे क्वासरों का अध्ययन किया ताकि डिस्क के प्रकाश को जेट के प्रकाश से अलग किया जा सके। उन्होंने महसूस किया कि जबकि दोनों प्रकाश स्रोत एक साथ चलते हैं, वे अलग-अलग व्यवहार करते हैं। अभिवृद्धि डिस्क से आने वाला प्रकाश तापीय और अपेक्षाकृत गैर-ध्रुवीकृत (अनपोलराइज्ड) होता है, जबकि जेट से आने वाला प्रकाश चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा उत्पन्न होता है और एक विशिष्ट ध्रुवीकरण हस्ताक्षर (पोलराइजेशन सिग्नेचर) ले जाता है, जिसका अर्थ है कि इसकी प्रकाश तरंगें एक विशिष्ट दिशा में कंपन करती हैं। दशकों के आर्काइवल डेटा, जिसमें ऑप्टिकल चमक के माप, विशिष्ट उत्सर्जन रेखाओं का व्यवहार और रेडियो अवलोकन शामिल थे, का विश्लेषण करके, टीम ने दोनों संकेतों को सुलझाने के लिए एक परिष्कृत सांख्यिकीय पद्धति का उपयोग किया। उन्होंने कुल देखे गए प्रकाश को दो स्वतंत्र प्रक्रियाओं के मिश्रण के रूप में माना: एक जो डिस्क की स्थिर, तापीय चमक का प्रतिनिधित्व करता है और दूसरा जो जेट के परिवर्तनशील, ध्रुवीकृत उत्सर्जन का प्रतिनिधित्व करता है। इस दृष्टिकोण ने उन्हें डिस्क के योगदान को अलग करने और यह देखने की अनुमति दी कि जेट के हस्तक्षेप के बिना यह वास्तव में कैसे व्यवहार करता है।

परिणामों ने इन दोनों आकाशगंगाओं के बीच एक स्पष्ट अंतर प्रकट किया। PKS 1510-089 के लिए, जेट मुख्य खिलाड़ी है, जो कुल ऑप्टिकल प्रकाश का लगभग 63 प्रतिशत योगदान देता है, जिससे डिस्क के पास केवल लगभग 37 प्रतिशत बचता है। एक बार जब शोधकर्ताओं ने डेटा से जेट के योगदान को हटा दिया, तो प्रकाश के बदलाव का समय बदल गया। डिस्क की चमक में बदलाव और आसपास के गैस बादलों की प्रतिक्रिया के बीच का अंतराल लगभग 54 दिनों का पाया गया। यह पहले सोचे गए समय से कम है, जो बताता है कि पिछले माप जेट की अत्यधिक चमक के कारण प्रभावित हुए थे। इसके विपरीत, PKS 0736+017 के लिए स्थिति लगभग इसके विपरीत थी। यहाँ, अभिवृद्धि डिस्क हावी है, जो लगभग 70 प्रतिशत ऑप्टिकल प्रकाश प्रदान करती है, जबकि जेट एक छोटा 30 प्रतिशत योगदान देता है। जेट के प्रभाव से डेटा को साफ करने के बाद, इस स्रोत के लिए समय अंतराल की गणना लगभग 85 दिनों के रूप में की गई, जो पिछले अनुमानों की तुलना में एक लंबी अवधि है।

ये निष्कर्ष इन ऊर्जावान प्रणालियों में ब्लैक होल के द्रव्यमान को मापने में एक महत्वपूर्ण चुनौती को उजागर करते हैं। अध्ययन दर्शाता है कि जेट के प्रकाश को डिस्क के प्रकाश से सावधानीपूर्वक अलग किए बिना, खगोलशास्त्री ब्लैक होल के आसपास के क्षेत्र के आकार और फलस्वरूप, ब्लैक होल के द्रव्यमान की गलत गणना करने का जोखिम उठाते हैं। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि जबकि उनका तरीका PKS 0736+017 में डिस्क को सफलतापूर्वक अलग करने में सफल रहा, PKS 1510-089 के लिए स्थिति जटिल बनी हुई है। क्योंकि उस आकाशगंगा में जेट बहुत सक्रिय और कम समय के पैमाने पर परिवर्तनशील है, इसलिए प्रकाश को अलग करने के लिए उपयोग किया गया मॉडल में अभी भी डिस्क सिग्नल के भीतर कुछ अवशिष्ट जेट संदूषण (रेसिड्यूअल जेट कंटैमिनेशन) हो सकता है। इसका अर्थ है कि PKS 1510-089 के लिए गणना किए गए समय अंतराल को सावधानी के साथ देखा जाना चाहिए, क्योंकि जेट के तीव्र फ्लेयर्स को आंशिक रूप से डिस्क गतिविधि के रूप में गलत पहचाना गया हो सकता है।

अंततः, यह कार्य इस बात को स्पष्ट करता है कि ये ब्रह्मांडीय इंजन कैसे संचालित होते हैं, यह दिखाते हुए कि जो प्रकाश हम देखते हैं वह अक्सर विभिन्न भौतिक प्रक्रियाओं का एक मिश्रण होता है। प्रकाश के अद्वितीय ध्रुवीकरण हस्ताक्षरों का उपयोग करके, टीम प्रकाश की चमक की परतों को हटाने में सफल रही ताकि अंतर्निहित अभिवृद्धि डिस्क की संरचना को प्रकट किया जा सके। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि कुछ क्वासरों के लिए, जेट दृश्य प्रकाश का प्राथमिक स्रोत है, जबकि अन्य के लिए, डिस्क का प्रभुत्व बना रहता है। यह अंतर इन दूरस्थ पिंडों की वास्तविक प्रकृति को समझने और उन्हें शक्ति देने वाले सुपरमैसिव ब्लैक होल के हमारे मापों को परिष्कृत करने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। शोध सुझाव देता है कि समान पिंडों के भविष्य के अध्ययनों को ब्रह्मांड की सबसे विशाल वस्तुओं के पैमाने और द्रव्यमान के बारे में गलत निष्कर्ष निकालने से बचने के लिए इस जेट संदूषण को ध्यान में रखना चाहिए।