भारतीय खगोलविदों ने लगभग 2.5 करोड़ प्रकाश वर्ष दूर चमकीले एक्स-रे स्रोत एनजीसी 4490 ULX-8 के 24 वर्षों में लिए गए चंद्रा, एक्सएमएम-न्यूटन और स्विफ़्ट के 39 प्रेक्षण जोड़े और पाया कि वह एडिंगटन सीमा पर या उसके पास भोजन करते तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल से मेल खाता है

भारतीय संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक चमकीले स्रोत के 24 वर्षों के एक्स-रे प्रेक्षणों को एक ही अध्ययन में समेट दिया है। यह स्रोत, एनजीसी 4490 ULX-8, लगभग 7.8 मेगापारसेक दूर एक आकाशगंगा में है (शोध-पत्र की अपनाई हुई दूरी, लगभग 2.5 करोड़ प्रकाश वर्ष), और टीम पाती है कि उसकी चमक एडिंगटन सीमा पर या उसके पास भोजन करते तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल से मेल खाती है। यह काम 2000 से 2024 के बीच लिए गए चंद्रा के 14, एक्सएमएम-न्यूटन के 6 और स्विफ़्ट-एक्सआरटी के 19 प्रेक्षणों का उपयोग करता है। विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय ने इसकी घोषणा 2 नवंबर 2026 को की और कहा कि यह मंथली नोटिसेज़ ऑफ़ द रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसाइटी में प्रकाशित हुआ है।

लेखक तरंग वशिष्ठ, अरु बेरी, तनुमान घोष, अमन उपाध्याय और विक्रम राणा हैं, जो आईआईएसईआर मोहाली, भारतीय खगोल भौतिकी संस्थान (आईआईए), अंतर-विश्वविद्यालय खगोल विज्ञान एवं खगोल भौतिकी केंद्र (आयुका) और रमन अनुसंधान संस्थान (आरआरआई) से काम कर रहे हैं।

एक स्रोत जो अपनी ही सीमा से अधिक चमकता है

अत्यधिक चमकीला एक्स-रे स्रोत, यानी ULX, आकाशगंगा के केंद्र से बाहर का एक बिंदु जैसा एक्स-रे उत्सर्जक है जो प्रति सेकंड 10³⁹ अर्ग से अधिक विकिरण करता है। शोध-पत्र नोट करता है कि यह लगभग 10 सूर्यों के द्रव्यमान वाले ब्लैक होल की एडिंगटन सीमा है। विज्ञप्ति ULX को ऐसे न्यूट्रॉन तारे या ब्लैक होल के रूप में बताती है जो किसी साथी तारे से गैस खींच रहा हो, जिसमें गिरती गैस गर्म होकर एक्स-रे छोड़ती है।

एडिंगटन सीमा वह चमक है जिस पर प्रकाश का बाहर की ओर धक्का गैस पर गुरुत्वाकर्षण के भीतर की ओर खिंचाव को संतुलित कर देता है। यह पिंड के द्रव्यमान के साथ बढ़ती है। अमेरिकन फ़िज़िकल सोसाइटी की एक भौतिकी समीक्षा इसे अंगूठे का नियम कहती है जो एक आदर्श गोलाकार मॉडल से आता है, और मोटी तश्तरियों, जेटों और विलयनों को उन तरीक़ों में गिनाती है जिनसे ब्लैक होल इसे पार कर सकता है।

ULX के लिए शोध-पत्र दो व्याख्याएँ देता है। एक, सामान्य से भारी ब्लैक होल। दूसरी, जिसके पक्ष में उसके अनुसार बढ़ते प्रमाण हैं, एक तारकीय-द्रव्यमान वाला ब्लैक होल या न्यूट्रॉन तारा जो सीमा के पास या ऊपर द्रव्य खींच रहा है, गैस के बहिर्वाहों या बीमिंग की मदद से। जब स्पंदन दिखते हैं तो सवाल सुलझ जाता है: शोध-पत्र 10 से अधिक स्पंदित ULX गिनता है, जिनमें हर एक न्यूट्रॉन तारा है। ULX-8 में कोई स्पंदन नहीं दिखता। ब्लैक होलों तक पहुँचने के दूसरे रास्ते हमारे इवेंट होराइज़न टेलीस्कोप और टकराते ब्लैक होलों से गुरुत्वीय तरंगों वाले लेखों में हैं।

यही आकाशगंगा-जोड़ी और यही स्रोत क्यों

एनजीसी 4490 एक सर्पिल आकाशगंगा है जो एक छोटी अनियमित आकाशगंगा एनजीसी 4485 के साथ परस्पर क्रिया कर रही है। शोध-पत्र इस जोड़ी में लगभग 4.7 सौर द्रव्यमान प्रति वर्ष की स्थिर तारा-निर्माण दर का हवाला देता है। टिमोथी रॉबर्ट्स और सहयोगियों द्वारा 2002 में रिपोर्ट किए गए चंद्रा के 20 किलोसेकंड के एक प्रेक्षण ने वहाँ छह ULX पाए, जिनमें पाँच संभावित ब्लैक होल युग्म थे और छठा संभावित सुपरनोवा अवशेष, और नोट किया कि सब तारा-निर्माण वाले क्षेत्रों में हैं। 2008 की एक सूची ने बाद में तंत्र के ULX को 1 से 8 तक क्रमांकित किया।

ULX-8 दीर्घकालिक अध्ययन के लिए इसलिए ठीक था कि वह अपेक्षाकृत अलग-थलग है। ULX-1, 3 और 4 एक-दूसरे के इतने पास हैं कि स्रोत-संदूषण एक्सएमएम-न्यूटन विश्लेषण को जटिल बनाता है, जबकि ULX-8 से टीम उसका प्रकाश 19 आर्कसेकंड तक चौड़े वृत्त से निकाल पाई। उस पर पहले का काम, जिसमें जेम्स ग्लैडस्टोन और रॉबर्ट्स का 2009 का अध्ययन शामिल है, ने 2000 से 2004 तक के चंद्रा और एक्सएमएम-न्यूटन के चार प्रेक्षणों का उपयोग किया था। शोध-पत्र नए अध्ययन के 39 में से 22 प्रेक्षणों (एक्सएमएम-न्यूटन के दो, चंद्रा का एक और स्विफ़्ट के सभी 19) को इस स्रोत के लिए पहले अनखोजे गिनाता है।

तीन दूरबीनों की उनतालीस नज़रें

चंद्रा 23 जुलाई 1999 को, एक्सएमएम-न्यूटन 10 दिसंबर 1999 को और स्विफ़्ट 20 नवंबर 2004 को प्रक्षेपित हुए। शोध-पत्र कहता है कि स्विफ़्ट के कुछ प्रेक्षण, और चंद्रा का एक, एनजीसी 4490 के एक सुपरनोवा एसएन 2008ax पर साधे गए थे और उसी क्षेत्र में ULX-8 उनके दायरे में आ गया। टीम ने जाँचा कि सुपरनोवा की स्थिति पर कोई एक्स-रे उत्सर्जन नहीं दिखा जो स्विफ़्ट के आँकड़ों को दूषित कर सके।

उपयोग किया गया पहला प्रेक्षण 3 नवंबर 2000 का चंद्रा का था। आख़िरी 4 मई 2024 का स्विफ़्ट का था। टीम ने चंद्रा और एक्सएमएम-न्यूटन के हर उपलब्ध प्रेक्षण का उपयोग किया, सिवाय दो के जिनमें उपयोगी एक्सपोज़र बहुत कम था, और स्विफ़्ट के उन प्रेक्षणों को रखा जिनमें स्रोत शोर के तीन गुना से ऊपर उभरा, जिससे 19 बचे।

अरु बेरी, एक सह-लेखक जिन्हें विज्ञप्ति आईआईए की संकाय सदस्य बताती है, ने इस नतीजे को “अब तक इस स्रोत के सबसे लंबे एक्स-रे अध्ययनों में से एक” कहा। शोध-पत्र के अपने शब्द हैं कि यह अब तक ULX-8 की सबसे व्यापक जाँच है। शोध-पत्र बेरी का आईआईएसईआर मोहाली का पता पहले और आईआईए का तीसरे नंबर पर सूचीबद्ध करता है। पहले लेखक वशिष्ठ आईआईएसईआर मोहाली के छात्र हैं, और शोध-पत्र की कृतज्ञता-ज्ञापना कहती है कि काम आरआरआई में एक अतिथि-छात्र कार्यक्रम में शुरू हुआ।

सारे आँकड़े सार्वजनिक पुरालेखों से आते हैं: नासा का हीसार्क (HEASARC), ईएसए का एक्सएमएम-न्यूटन पुरालेख और चंद्रा डेटा पुरालेख। भारत की अपनी एक्स-रे वेधशाला एस्ट्रोसैट इस विश्लेषण का हिस्सा नहीं थी।

24 वर्षों का प्रकाश कैसा दिखा

स्रोत पूरे समय अत्यधिक चमकीला बना रहा। उसकी चमक बहु-वर्षीय समय-पैमानों पर काफ़ी बदली और किसी एक प्रेक्षण के भीतर केवल मामूली। छोटे समय-पैमानों पर शोध-पत्र उतार-चढ़ाव को 3.73 (प्लस-माइनस 1.04) के गुणक से नापता है, नवंबर 2020 से अगस्त 2021 तक लगभग मासिक अंतराल पर लिए गए चंद्रा के क्रम में, और 2.59 (प्लस-माइनस 1.37) के गुणक से, मार्च और अप्रैल 2008 के स्विफ़्ट आँकड़ों में।

बदलाव कितना बड़ा है, यह स्पेक्ट्रम पर बैठाए गए मॉडल पर निर्भर करता है। तश्तरी (डिस्क) मॉडल लगभग 2 से 5 गुना 10³⁹ अर्ग प्रति सेकंड की दीप्तियाँ देता है, और घात-नियम (पावर-लॉ) मॉडल लगभग 3 से 20 गुना 10³⁹। स्विफ़्ट के दो हाल के प्रेक्षण, 1 दिसंबर 2022 और 4 मई 2024 के, तेज़ उछाल दिखाते हैं: लगभग 2.4 और 2.8 गणनाएँ प्रति सौ सेकंड, जबकि पहले के 17 स्विफ़्ट प्रेक्षणों में 0.65 से 1.5। लेखक कहते हैं कि यह गैस के गिरने की दर में बदलाव को दर्शा सकता है, न कि अभिवृद्धि-अवस्थाओं के बीच किसी अदला-बदली को।

स्पेक्ट्रम एक चिकने एकल वक्र जैसे हैं जिसका शिखर 1 से 2 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट पर है, बिना किसी अलग कठोर या कोमल घटक के। फ़ोटॉन सूचकांक, जो बताता है कि ऊर्जा के साथ एक्स-रे फ़ोटॉनों की गिनती कितनी तेज़ी से घटती है, 0.9 से 2.7 तक जाता है। तश्तरी का भीतरी किनारा 1.0 से 1.6 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट के तापमान पर निकलता है।

हमारी अपनी आकाशगंगा के कई ब्लैक होल युग्म अलग-अलग कठोर और कोमल अवस्थाओं के बीच झूलते हैं, जो कठोरता बनाम चमक के आलेख पर एक लूप जैसे पथ के रूप में दिखता है। ULX-8 दोनों के बीच कोई स्पष्ट संक्रमण नहीं दिखाता। विज्ञप्ति इसे अभिवृद्धि-अवस्थाओं के बीच नाटकीय संक्रमणों की अनुपस्थिति बताती है।

टीम इसे ब्लैक होल कैसे पढ़ती है

दो तर्क एक ही दिशा में इशारा करते हैं। पहला, स्रोत का कठोरता अनुपात 0.84 से 3.04 और उसके फ़ोटॉन सूचकांक उसे आरेख के उस कठोर क्षेत्र से बाहर रखते हैं जहाँ न्यूट्रॉन-तारा ULX बैठते हैं, और शोध-पत्र कहता है कि उसका स्पेक्ट्रम अति-क्रांतिक प्रवाह से अपेक्षित तश्तरी-प्रधान उत्सर्जन से मेल खाता है। दूसरा, टीम ने बैठाए गए तश्तरी-आकार को द्रव्यमान में बदला। 60 डिग्री के मान लिए गए तश्तरी-झुकाव पर, जो असली कोण अज्ञात होने पर एक आम चुनाव है, नतीजा न घूमते ब्लैक होल के लिए लगभग 17 सूर्य और तेज़ी से घूमते के लिए लगभग 81 है। लेखक इन्हें उदाहरण-रूप, मॉडल-निर्भर मान कहते हैं।

दो सावधानियाँ शोध-पत्र में ही हैं। तश्तरी के तापमान और दीप्ति का संबंध कमज़ोर ढंग से बँधा है और पतली तश्तरी तथा स्लिम तश्तरी, दोनों चित्रों से मेल खाता है, इसलिए वह अभिवृद्धि-व्यवस्थाओं को अलग नहीं कर सकता। और दीप्ति दूरी पर निर्भर करती है, जो यहाँ स्वयं अनिश्चित है: शोध-पत्र नोट करता है कि हर आकाशगंगा के तारों के हबल मापों से एनजीसी 4490 के लिए 6.5 मेगापारसेक और एनजीसी 4485 के लिए 8.8 मिलते हैं, जो नज़दीकी परस्पर क्रिया से मेल नहीं खाते, इसलिए वह पहले के एक्स-रे अध्ययनों से तुलनीय रहने के लिए टली-फ़िशर का 7.8 मेगापारसेक का आँकड़ा रखता है।

सीमा पर, पास या पार

विज्ञप्ति अपना निष्कर्ष दो तरह से कहती है। एक अनुच्छेद नतीजों को उस ब्लैक होल का प्रबल प्रमाण कहता है जो शास्त्रीय एडिंगटन सीमा से अधिक दरों पर द्रव्य खींच रहा है। बाद का एक अनुच्छेद कहता है कि ULX-8 सबसे अधिक संभावना से सीमा पर या उसके पास अभिवृद्धि करता तारकीय-द्रव्यमान वाला ब्लैक होल है। शोध-पत्र का सार दूसरा रूप अपनाता है: नतीजे एडिंगटन सीमा पर या उसके पास काम करते तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल से संगत हैं। आईबीजी न्यूज़, जो विज्ञप्ति दोहराता है, भी “पर या पास” देता है। यह लेख शोध-पत्र का अनुसरण करता है।

आगे क्या

विज्ञप्ति दो उपकरणों के नाम लेती है जो इस अभिलेख को बढ़ा सकते हैं: यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी की न्यूएथीना एक्स-रे वेधशाला और भारत का प्रस्तावित एक्ससैट, जिसे अगली पीढ़ी का टाइमिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी मिशन बताया गया है। इस लेख के लिए जाँचे गए स्रोतों में एक्ससैट का कोई और ब्योरा नहीं मिला। आईआईए और आरआरआई, जहाँ काम का बड़ा हिस्सा हुआ, दोनों विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग के स्वायत्त संस्थान हैं। न्यूएथीना मिशन का पन्ना 2037 में नियोजित प्रक्षेपण बताता है, और ईएसए द्वारा अंगीकरण का लक्ष्य 2027 है।