भारतीय खगोलशास्त्रज्ञांनी सुमारे २५ दशलक्ष प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या NGC 4490 ULX-8 या तेजस्वी एक्स-रे स्रोताची २४ वर्षांतील ३९ चंद्रा, XMM-न्यूटन आणि स्विफ्ट निरीक्षणे एकत्र केली, आणि तो एडिंग्टन मर्यादेवर किंवा तिच्या जवळ पोसला जाणाऱ्या तारकीय वस्तुमानाच्या कृष्णविवराशी जुळतो असे आढळले

भारतीय संस्थांमधील संशोधकांच्या एका चमूने एका तेजस्वी स्रोताच्या एक्स-रे निरीक्षणांची २४ वर्षे एका अभ्यासात एकत्र आणली आहेत. NGC 4490 ULX-8 हा स्रोत सुमारे ७.८ मेगापार्सेक दूरच्या (शोधनिबंधाने स्वीकारलेले अंतर, सुमारे २५ दशलक्ष प्रकाशवर्षे) दीर्घिकेत आहे, आणि चमूला आढळले की त्याची प्रभा आपल्या एडिंग्टन मर्यादेवर किंवा तिच्या जवळ पोसला जाणाऱ्या तारकीय वस्तुमानाच्या कृष्णविवराशी जुळते. हे काम २००० ते २०२४ दरम्यान घेतलेली १४ चंद्रा, ६ XMM-न्यूटन आणि १९ स्विफ्ट-XRT निरीक्षणे वापरते. विज्ञान आणि तंत्रज्ञान मंत्रालयाने २ नोव्हेंबर २०२६ रोजी त्याची घोषणा केली, आणि ते मंथली नोटिसेस ऑफ द रॉयल ॲस्ट्रॉनॉमिकल सोसायटीमध्ये प्रसिद्ध झाल्याचे सांगितले.

लेखक तरंग वशिष्ठ, अरु बेरी, तनुमान घोष, अमन उपाध्याय आणि विक्रम राणा आहेत, जे आयआयएसईआर मोहाली, भारतीय खगोलभौतिकी संस्था (आयआयए), इंटर-युनिव्हर्सिटी सेंटर फॉर ॲस्ट्रॉनॉमी अँड ॲस्ट्रोफिजिक्स (आयुका) आणि रमण संशोधन संस्था (आरआरआय) येथून काम करतात.

स्वतःच्या मर्यादेपेक्षा अधिक उजळणारा स्रोत

अतिदीप्त एक्स-रे स्रोत, म्हणजे ULX, हा दीर्घिकेच्या केंद्राबाहेरचा, बिंदूसारखा एक्स-रे उत्सर्जक आहे जो प्रति सेकंद १०³⁹ अर्गपेक्षा जास्त ऊर्जा बाहेर टाकतो. १० सूर्यांच्या वस्तुमानाच्या कृष्णविवराची ही साधारण एडिंग्टन मर्यादा आहे, असे शोधनिबंध नमूद करतो. प्रसिद्धीपत्रक ULX चे वर्णन सोबतीच्या ताऱ्याकडून वायू ओढून घेणारा न्यूट्रॉन तारा किंवा कृष्णविवर असे करते, ज्यात आत पडणारा वायू तापतो आणि एक्स-रे सोडतो.

एडिंग्टन मर्यादा म्हणजे ती तेजस्विता जिथे प्रकाशाचा बाहेरचा रेटा वायूवरील गुरुत्वाकर्षणाच्या आतल्या खेचेशी समतोल साधतो. ती वस्तूच्या वस्तुमानासोबत वाढते. अमेरिकन फिजिकल सोसायटीने प्रसिद्ध केलेला एक भौतिकशास्त्र आढावा तिला आदर्श गोलाकार प्रारूपातून आलेला ढोबळ नियम म्हणतो, आणि जाड चकत्या, झोत आणि विलीनीकरणे यांचा कृष्णविवर तिला ओलांडू शकेल अशा मार्गांमध्ये समावेश करतो.

ULX साठी शोधनिबंध दोन अर्थ देतो. एक म्हणजे नेहमीपेक्षा जड कृष्णविवर. दुसरा, ज्याला वाढते पुरावे अनुकूल आहेत असे तो म्हणतो, म्हणजे वायूच्या बहिर्प्रवाहांच्या किंवा झोताच्या (बीमिंग) मदतीने मर्यादेच्या जवळ किंवा वर वस्तुमान ओढणारे तारकीय वस्तुमानाचे कृष्णविवर किंवा न्यूट्रॉन तारा. स्पंदने दिसतात तेव्हा प्रश्न मिटतो: शोधनिबंध १० हून अधिक स्पंदन करणारे ULX मोजतो, प्रत्येक न्यूट्रॉन तारा. ULX-8 मध्ये एकही स्पंदन नाही. कृष्णविवरांपर्यंत पोहोचण्याचे इतर मार्ग आमच्या इव्हेंट हॉरिझॉन टेलिस्कोप वरील आणि धडकणाऱ्या कृष्णविवरांच्या गुरुत्वीय लहरी यावरील लेखांत मांडले आहेत.

ही दीर्घिका जोडी आणि हा स्रोत का

NGC 4490 ही NGC 4485 या लहान अनियमित दीर्घिकेशी परस्परक्रिया करणारी सर्पिल दीर्घिका आहे. शोधनिबंध या जोडीतील तारानिर्मितीचा स्थिर दर वर्षाला सुमारे ४.७ सौर वस्तुमान असा उद्धृत करतो. टिमोथी रॉबर्ट्स आणि सहकाऱ्यांनी २००२ मध्ये नोंदवलेल्या २० किलोसेकंदांच्या चंद्रा निरीक्षणात तेथे सहा ULX आढळले, त्यातील पाच संभाव्य कृष्णविवर द्वैती आणि सहावा संभाव्य सुपरनोव्हा अवशेष, आणि ते सर्व तारानिर्मिती क्षेत्रांत आहेत असे नोंदवले. २००८ च्या एका सूचीने नंतर या प्रणालीतील ULX ना १ ते ८ असे क्रमांक दिले.

ULX-8 दीर्घकालीन अभ्यासासाठी योग्य होता कारण तो तुलनेने एकाकी आहे. ULX-1, 3 आणि 4 इतके जवळ आहेत की स्रोतांच्या मिश्रणामुळे XMM-न्यूटन विश्लेषण गुंतागुंतीचे होते, तर ULX-8 मुळे चमूला १९ आर्कसेकंदांपर्यंत रुंदीच्या वर्तुळातून त्याचा प्रकाश काढता आला. त्यावरचे आधीचे काम, ज्यात जेम्स ग्लॅडस्टोन आणि रॉबर्ट्स यांचा २००९ चा अभ्यास आहे, २००० ते २००४ मधील चार चंद्रा आणि XMM-न्यूटन निरीक्षणे वापरत होते. शोधनिबंध नव्या अभ्यासातील ३९ पैकी २२ निरीक्षणे (दोन XMM-न्यूटनची, एक चंद्राचे आणि सर्व १९ स्विफ्टची) या स्रोतासाठी याआधी न शोधलेली अशी नमूद करतो.

तीन दुर्बिणींकडून एकोणचाळीस दृष्टिक्षेप

चंद्रा २३ जुलै १९९९ ला, XMM-न्यूटन १० डिसेंबर १९९९ ला आणि स्विफ्ट २० नोव्हेंबर २००४ ला सोडण्यात आले. शोधनिबंध सांगतो की काही स्विफ्ट निरीक्षणे आणि एक चंद्रा निरीक्षण NGC 4490 मधील सुपरनोव्हा SN 2008ax वर रोखलेली होती आणि त्याच क्षेत्रातील ULX-8 त्यात पकडला गेला. सुपरनोव्हाच्या स्थानी स्विफ्ट माहितीला बाधा आणू शकेल असे एक्स-रे उत्सर्जन नव्हते हे चमूने तपासले.

वापरलेले पहिले निरीक्षण ३ नोव्हेंबर २००० चे चंद्राचे होते. शेवटचे ४ मे २०२४ चे स्विफ्टचे होते. उपयुक्त प्रकाशन खूप कमी असलेली दोन वगळता चमूने सर्व उपलब्ध चंद्रा आणि XMM-न्यूटन निरीक्षणे वापरली, आणि स्रोत आवाजाच्या तिप्पट पेक्षा जास्त उठून दिसणारी स्विफ्ट निरीक्षणे ठेवली, ज्यामुळे १९ उरली.

अरु बेरी, सहलेखक ज्यांचे प्रसिद्धीपत्रक आयआयएच्या प्राध्यापक असे वर्णन करते, यांनी निकालाला “या स्रोताच्या आतापर्यंतच्या सर्वात दीर्घ एक्स-रे अभ्यासांपैकी एक” म्हटले. शोधनिबंधाचे स्वतःचे शब्द आहेत की ULX-8 चा हा आतापर्यंतचा सर्वात व्यापक तपास आहे. शोधनिबंध बेरी यांचा आयआयएसईआर मोहालीचा पत्ता पहिला आणि आयआयए तिसरा असा देतो. पहिले लेखक वशिष्ठ हे आयआयएसईआर मोहालीचे विद्यार्थी आहेत, आणि शोधनिबंधाच्या ऋणनिर्देशांनुसार हे काम आरआरआयमधील पाहुण्या विद्यार्थी कार्यक्रमात सुरू झाले.

सर्व माहिती सार्वजनिक आर्काइव्हमधून येते: नासाचे हेसार्क, ईएसएचे XMM-न्यूटन आर्काइव्ह आणि चंद्रा डेटा आर्काइव्ह. भारताची स्वतःची एक्स-रे वेधशाळा, ॲस्ट्रोसॅट, या विश्लेषणाचा भाग नव्हती.

२४ वर्षांचा प्रकाश कसा दिसला

स्रोत संपूर्ण काळात अतिदीप्तच राहिला. त्याची तेजस्विता अनेक वर्षांच्या कालावधीत बरीच बदलली आणि कोणत्याही एका निरीक्षणात केवळ माफक बदलली. कमी कालावधीत शोधनिबंध नोव्हेंबर २०२० ते ऑगस्ट २०२१ दरम्यान सुमारे मासिक अंतराने घेतलेल्या चंद्रा मालिकेत ३.७३ (अधिक-उणे १.०४) पट आणि मार्च व एप्रिल २००८ मधील स्विफ्ट माहितीत २.५९ (अधिक-उणे १.३७) पट चढउतार मोजतो.

बदलाचा आकार वर्णपट बसवण्यासाठी वापरलेल्या प्रारूपावर अवलंबून असतो. चकती प्रारूप सुमारे २ ते ५ गुणिले १०³⁹ अर्ग प्रति सेकंद तेजस्विता देते, आणि पॉवर-लॉ प्रारूप सुमारे ३ ते २० गुणिले १०³⁹ देते. १ डिसेंबर २०२२ आणि ४ मे २०२४ ची दोन अलीकडील स्विफ्ट निरीक्षणे तीव्र वाढ दाखवतात: प्रति शंभर सेकंद सुमारे २.४ आणि २.८ गणना, आधीच्या १७ स्विफ्ट निरीक्षणांतील ०.६५ ते १.५ च्या तुलनेत. लेखक म्हणतात की हे अभिवृद्धी अवस्थांमधील बदलाऐवजी वायू आत पडण्याच्या दरातील बदल दर्शवत असू शकते.

वर्णपट एकच सलग वक्र आहे जो १ ते २ किलोइलेक्ट्रॉनव्होल्टवर शिखरावर पोहोचतो, वेगळा कठोर किंवा मृदू घटक नाही. फोटॉन निर्देशांक, जो ऊर्जेनुसार एक्स-रे फोटॉनची संख्या किती वेगाने घटते हे सांगतो, ०.९ ते २.७ पर्यंत जातो. चकतीची आतली कड १.० ते १.६ किलोइलेक्ट्रॉनव्होल्ट तापमानावर येते.

आपल्या स्वतःच्या दीर्घिकेतील अनेक कृष्णविवर द्वैती कठोर आणि मृदू अशा वेगळ्या अवस्थांमध्ये झुलतात, जे कठोरता विरुद्ध तेजस्विता आलेखावर वळणदार मार्गाच्या रूपात दिसते. ULX-8 मध्ये दोन्हींमधील स्पष्ट संक्रमण दिसत नाही. प्रसिद्धीपत्रक याला अभिवृद्धी अवस्थांमधील नाट्यमय संक्रमणांचा अभाव असे म्हणते.

चमू त्याला कृष्णविवर म्हणून कसे वाचतो

दोन युक्तिवाद एकाच दिशेला निर्देश करतात. पहिला, स्रोताचे ०.८४ ते ३.०४ हे कठोरता गुणोत्तर आणि त्याचे फोटॉन निर्देशांक त्याला न्यूट्रॉन-तारा ULX जिथे बसतात त्या आलेखाच्या अधिक कठोर भागाबाहेर ठेवतात, आणि शोधनिबंध सांगतो की त्याचा वर्णपट अतिक्रांतिक प्रवाहातून अपेक्षित चकती-प्रधान उत्सर्जनाशी जुळतो. दुसरा, चमूने बसवलेल्या चकतीच्या आकाराचे वस्तुमानात रूपांतर केले. ६० अंशांच्या गृहीत चकती कलावर, खरा कोन अज्ञात असताना सामान्य निवड, निकाल न फिरणाऱ्या कृष्णविवरासाठी सुमारे १७ सूर्य आणि वेगाने फिरणाऱ्यासाठी सुमारे ८१ येतो. लेखक या मूल्यांना उदाहरणादाखल, प्रारूपावर अवलंबून असलेली मूल्ये म्हणतात.

शोधनिबंधातच दोन सावधगिरीचे मुद्दे आहेत. चकतीचे तापमान आणि तेजस्विता यांच्यातील संबंध कमकुवतपणे मर्यादित आहे आणि तो पातळ-चकती तसेच स्लिम-चकती दोन्ही चित्रांना बसतो, त्यामुळे तो अभिवृद्धी पद्धतींमध्ये फरक करू शकत नाही. आणि तेजस्विता अंतरावर अवलंबून असते, जे इथे स्वतः अनिश्चित आहे: शोधनिबंध नमूद करतो की प्रत्येक दीर्घिकेतील ताऱ्यांची हबलची मापे NGC 4490 साठी ६.५ मेगापार्सेक आणि NGC 4485 साठी ८.८ देतात, जे जवळच्या परस्परक्रियेशी विसंगत आहे, म्हणून आधीच्या एक्स-रे अभ्यासांशी तुलनीयता राखण्यासाठी तो टली-फिशरचा ७.८ मेगापार्सेकचा आकडा ठेवतो.

मर्यादेवर, जवळ किंवा पलीकडे

प्रसिद्धीपत्रक आपला निष्कर्ष दोन प्रकारे मांडते. एक परिच्छेद निकालांना शास्त्रीय एडिंग्टन मर्यादेपेक्षा जास्त दराने वस्तुमान ओढणाऱ्या कृष्णविवराचा भक्कम पुरावा म्हणतो. नंतरचा परिच्छेद म्हणतो की ULX-8 बहुधा मर्यादेवर किंवा तिच्या जवळ वस्तुमान ओढणारे तारकीय वस्तुमानाचे कृष्णविवर आहे. शोधनिबंधाचा गोषवारा दुसरा प्रकार वापरतो: निकाल एडिंग्टन मर्यादेवर किंवा तिच्या जवळ कार्यरत तारकीय वस्तुमानाच्या कृष्णविवराशी सुसंगत आहेत. प्रसिद्धीपत्रकाची पुनरावृत्ती करणारे आयबीजी न्यूजही “मर्यादेवर किंवा जवळ” असे म्हणते. हा लेख शोधनिबंधाचे अनुसरण करतो.

पुढे काय

प्रसिद्धीपत्रक नोंद वाढवू शकतील अशी दोन उपकरणे नमूद करते: युरोपियन स्पेस एजन्सीची न्यूॲथेना एक्स-रे वेधशाळा आणि भारताचे प्रस्तावित एक्ससॅट, ज्याचे वर्णन पुढच्या पिढीचे वेळ आणि वर्णपट मोजणारे अभियान असे केले आहे. या लेखासाठी तपासलेल्या स्रोतांत एक्ससॅटबद्दल अधिक तपशील आढळला नाही. आयआयए आणि आरआरआय, जिथे बरेचसे काम झाले, दोन्ही विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभागाच्या स्वायत्त संस्था आहेत. न्यूॲथेना अभियानाचे पान २०३७ मधील नियोजित प्रक्षेपण देते, आणि ईएसएकडून २०२७ पर्यंत त्याला स्वीकृती मिळवण्याचे लक्ष्य आहे.