चीनी खगोलविदों को एक ही तारे को दो बार फाड़ने वाले ब्लैक होल के वर्णक्रमीय प्रमाण मिले

दो ज्वालाएं एक ही जीवित बचे तारे की ओर इशारा करती हैं

ऐसा लगता है कि एक तारा महाविशाल ब्लैक होल के बेहद करीब से गुजरने के बाद बच गया, लेकिन फिर लौटा और अपना कुछ और पदार्थ गंवा बैठा। चीन के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (USTC) के खगोलविदों ने इस बार-बार हुई घटना, AT 2022dbl, की पहचान की। जनवरी 2024 में यह फिर से चमकने लगा था। इसका सबसे मजबूत सुराग दोनों ज्वालाओं के दौरान उत्सर्जित प्रकाश में दिखी उल्लेखनीय समानता थी।

ये निष्कर्ष 9 अगस्त, 2024 को The Astrophysical Journal Letters में प्रकाशित हुए। अपनी शोध घोषणा में USTC ने AT 2022dbl को ऐसा पहला बार-बार हुआ आंशिक ज्वारीय विघटन बताया जिसकी पुष्टि स्पेक्ट्रोस्कोपी, यानी प्रकाश को उसकी घटक तरंगदैर्घ्यों में अलग करके किए जाने वाले अध्ययन, से हुई।

ज्वारीय विघटन की घटना (TDE) तब होती है जब कोई तारा किसी विशाल ब्लैक होल के इतने करीब से गुजरता है कि उसका गुरुत्वाकर्षण तारे से पदार्थ खींच लेता है। यह पदार्थ ब्लैक होल की ओर बढ़ते हुए एक तेज़ ज्वाला पैदा करता है। आंशिक विघटन में तारे का कुछ हिस्सा बच जाता है, जिससे उसका दोबारा ब्लैक होल के पास पहुंचना संभव होता है।

AT 2022dbl महत्वपूर्ण है, क्योंकि शोधकर्ताओं ने केवल किसी पिंड के दो बार चमकने का रिकॉर्ड नहीं जुटाया। दोनों ज्वालाओं में उत्सर्जन की विशेषताएं लगभग एक जैसी थीं, जिनमें नाइट्रोजन से जुड़ी विशेषताएं भी शामिल थीं। ये विशेषताएं टीम के इस निष्कर्ष का समर्थन करती हैं कि दोनों घटनाओं में शामिल पदार्थ बहुत संभव है कि उसी तारे से आया था।

यह खोज इस बात को भी बदलती है कि खगोलविद सामान्य दिखने वाली तारकीय विघटन घटनाओं की व्याख्या कैसे कर सकते हैं। टीम के अनुसार, AT 2022dbl की हर ज्वाला को अलग-अलग देखने पर वह एक सामान्य TDE जैसी लगी। समय के साथ इस पिंड पर नजर रखने से अधिक जटिल कहानी सामने आई: ऐसा लगता है कि एक तारा लगातार हुई मुठभेड़ों में अपना पदार्थ गंवा रहा था, न कि एक ही घटना में पूरी तरह नष्ट हो गया।

ब्लैक होल किसी तारे का पदार्थ कैसे खींच सकता है

ब्लैक होल पास के तारे के उस हिस्से को अधिक जोर से खींचता है जो उसके निकट होता है, जबकि दूर वाले हिस्से पर खिंचाव कम होता है। जब यह अंतर काफी बढ़ जाता है, तो तारा खिंचने लगता है और उसका पदार्थ अलग हो सकता है। गुरुत्वाकर्षण के खिंचाव का यही अंतर इस घटना के नाम में शामिल ज्वारीय बल है।

अभिवृद्धि (accretion) उस प्रक्रिया को कहते हैं जिसमें गुरुत्वाकर्षण के कारण पदार्थ किसी पिंड के आसपास इकट्ठा होकर उसकी ओर बढ़ता है। TDE में तारकीय मलबा इस प्रक्रिया के दौरान गर्म होता है और विकिरण छोड़ता है। खगोलविद इससे पैदा हुई ज्वाला का पता लगाते हैं, जो सीधे निरीक्षण की पहुंच से बहुत दूर घट रही मुठभेड़ का अध्ययन करने का तरीका देती है।

USTC के अनुसार, एक सामान्य TDE कुछ दर्जन दिनों में तेजी से चमकता है, फिर महीनों या वर्षों में इसकी चमक घटती है। आंशिक विघटन में भी ऐसा ही क्रम हो सकता है। इसकी खास बात यह है कि तारा बच जाता है और संभव है कि उसकी कक्षा उसे दोबारा ब्लैक होल के करीब ले आए।

AT 2022dbl के मामले में शोधकर्ता दोबारा उठी ज्वाला और मेल खाते स्पेक्ट्रा को इस दोहराई गई प्रक्रिया का प्रमाण मानते हैं। प्रकाश पदार्थ छिनने की जानकारी देता है, जबकि फिर से चमकना दिखाता है कि गतिविधि दोबारा शुरू हुई।

मेल खाते स्पेक्ट्रा क्यों महत्वपूर्ण हैं

स्पेक्ट्रम प्रकाश को उसकी तरंगदैर्घ्य के आधार पर अलग करता है, ठीक वैसे ही जैसे प्रिज्म दृश्य प्रकाश को अलग-अलग रंगों में बांटता है। परमाणु और आयन विशेष तरंगदैर्घ्यों पर विशिष्ट संकेत पैदा करते हैं। खगोलविद इन संकेतों की मदद से प्रकाश पैदा करने वाले पदार्थ की संरचना और भौतिक परिस्थितियों का अध्ययन करते हैं।

AT 2022dbl की दोनों ज्वालाओं की उत्सर्जन रेखाओं की विशेषताएं बेहद मिलती-जुलती थीं। USTC ने उन संकेतों को रेखांकित किया जो तारों के भीतर होने वाली नाभिकीय अभिक्रियाओं से जुड़े तत्वों की असामान्य रूप से अधिक मात्रा दिखाते हैं। मेल खाने वाले संकेतों में N III उत्सर्जन रेखाएं शामिल थीं, जो दो इलेक्ट्रॉन गंवा चुके नाइट्रोजन परमाणुओं से पैदा होती हैं।

शोध दल ने इस रासायनिक समानता को इस बात का अहम संकेत माना कि दोनों घटनाओं में उसी तारे का पदार्थ शामिल था। उनका तर्क दोबारा शुरू हुई गतिविधि के समय और प्रकाश से सामने आई संरचना को जोड़ता है: पिंड फिर चमका और उसके उत्सर्जन में रासायनिक संकेत लगभग वही था।

बार-बार होने वाले ज्वारीय विघटन के पहले के संभावित उदाहरणों के समर्थन में मुख्य रूप से प्रकाश वक्रों का इस्तेमाल किया गया था, जो समय के साथ चमक में बदलाव दिखाते हैं। USTC ने कहा कि उन मामलों में बदलती चमक के अलावा उतने मजबूत प्रमाण नहीं थे और उन्हें व्यापक स्वीकृति नहीं मिली थी। AT 2022dbl में दोनों ज्वालाओं के स्पेक्ट्रम की तुलना की गई, जिससे बार-बार हुए आंशिक विघटन की व्याख्या को अधिक ठोस प्रेक्षणीय आधार मिला।

दूसरी ज्वाला का पता कैसे चला

USTC की टीम ज्ञात ज्वारीय विघटन घटनाओं के प्रकाश वक्र नियमित रूप से अपडेट कर रही थी और दोबारा शुरू हुई गतिविधि पर नजर रख रही थी। इस निरंतर निगरानी से शोधकर्ता जनवरी 2024 में AT 2022dbl की चमक फिर बढ़ने पर उसे पहचान सके और नई ज्वाला के विकसित होते समय ही प्रेक्षणों की व्यवस्था कर सके।

उन्होंने Swift उपग्रह और Las Cumbres Observatory Global Telescope नेटवर्क (LCOGT) से निगरानी शुरू कराई। इन प्रेक्षणों में कई तरंगदैर्घ्य बैंडों में घटना को मापा गया, जिससे टीम को इसके बदलते विकिरण का ऐसा व्यापक रिकॉर्ड मिला जो किसी एक बैंड से संभव नहीं था।

शोधकर्ताओं ने अमेरिका के Palomar Observatory में Hale telescope, जिसे P200 के नाम से भी जाना जाता है, से शुरुआती चरण का उच्च गुणवत्ता वाला स्पेक्ट्रम भी हासिल किया। इससे नए विस्फोट की पहचान ज्वारीय विघटन घटना के रूप में करने और पहली ज्वाला से अहम तुलना करने में मदद मिली।

मुख्य चरण इस प्रकार थे:

• जनवरी 2024: टीम ने AT 2022dbl की चमक फिर बढ़ते हुए देखी और Swift, LCOGT तथा Palomar के Hale telescope से प्रेक्षण शुरू किए।
• 9 अगस्त, 2024: यह अध्ययन The Astrophysical Journal Letters में The Unluckiest Star: A Spectroscopically Confirmed Repeated Partial Tidal Disruption Event AT 2022dbl शीर्षक से प्रकाशित हुआ।

वापसी का जल्द पता लगाना महत्वपूर्ण था, क्योंकि विकसित होते समय ज्वाला बदलती रहती है। तेजी से किए गए प्रेक्षणों से शोधकर्ताओं को दूसरी घटना के शुरुआती चरण का स्पेक्ट्रम मिला, साथ ही उसकी चमक में बदलाव दर्ज करने वाले माप भी उपलब्ध हुए।

तारों की जोड़ी में संभावित उत्पत्ति

शोधकर्ताओं का अनुमान है कि जीवित बचा तारा मूल रूप से एक द्वितारा प्रणाली का हिस्सा रहा होगा, यानी दो तारों की ऐसी जोड़ी जो एक-दूसरे की परिक्रमा करती है। ब्लैक होल के पास से गुजरने के दौरान दोनों तारे अलग हो गए होंगे और उनमें से एक ब्लैक होल से बंधी कक्षा में चला गया होगा।

इस व्याख्या के अनुसार, पकड़ा गया तारा बहुत अधिक उत्केंद्रता वाली दीर्घवृत्ताकार कक्षा में घूमता है। उत्केंद्रता बताती है कि कक्षा कितनी खिंची हुई है: लगभग वृत्ताकार कक्षा में पिंड की दूरी काफी स्थिर रहती है, जबकि बहुत लंबी कक्षा में वह लौटकर फिर करीब आने से पहले काफी दूर चला जाता है।

इसके बाद हर नजदीकी गुजराव तारे को मजबूत ज्वारीय बलों के संपर्क में ला सकता है, जिससे उसका और पदार्थ छिनता है और एक नई ज्वाला पैदा होती है। इससे यह समझने का भौतिक आधार मिलता है कि कोई तारा एक मुठभेड़ में बचकर बाद में लौट सकता है और फिर पदार्थ गंवा सकता है।

द्वितारा प्रणाली से उत्पत्ति और प्रस्तावित कक्षा, प्रेक्षणों की टीम द्वारा की गई व्याख्या हैं। घोषणा में किसी अगली ज्वाला की पुष्टि की तारीख नहीं दी गई है। लगातार निगरानी से खगोलविद आगे की गतिविधि तलाश सकते हैं और भविष्य की किसी घटना की तुलना पहली दो से कर सकते हैं।

तारकीय विघटन के अध्ययन में क्या बदलेगा

AT 2022dbl खगोलविदों के सामने इन घटनाओं का वर्गीकरण करने की एक व्यावहारिक चुनौती रखता है: तारे के आंशिक विघटन से पैदा हुई ज्वाला सामान्य TDE जैसी दिख सकती है। शोधकर्ताओं ने कहा कि अलग-अलग देखने पर दोनों घटनाओं का व्यवहार सामान्य घटनाओं से अलग नहीं था।

इसलिए केवल एक ज्वाला का प्रेक्षण करने वाले अध्ययनों में ऐसे जीवित बचे तारे भी शामिल हो सकते हैं जिन्हें एक बार में हुए विघटन का मामला माना गया हो। USTC ने कहा कि प्रकाशीय TDE पर हुए शोध में बार-बार होने वाले आंशिक विघटन को बड़े पैमाने पर नजरअंदाज किया गया है, जबकि यह खोज संकेत देती है कि ऐसी घटनाएं पहले के अनुमान से अधिक आम हो सकती हैं।

यह अंतर तब मायने रखता है जब शोधकर्ता घटनाओं की गिनती करते हैं और अध्ययन करते हैं कि ब्लैक होल के पास तारे अपना पदार्थ कैसे गंवाते हैं। बार-बार लौटने वाले तारों वाली आबादी का इतिहास उस आबादी से अलग होता है जिसमें हर ज्वाला किसी अलग तारे की आखिरी मुठभेड़ दर्शाती है। AT 2022dbl शोधकर्ताओं को इन गिनतियों और भौतिक मॉडलों पर फिर विचार करते समय जांचने के लिए एक ठोस उदाहरण देता है।

प्रेक्षण की रणनीति भी उतनी ही अहम है। ज्ञात पिंडों की नियमित जांच से ऐसी गतिविधि सामने आ सकती है जो केवल खोज के समय किए गए प्रेक्षण से छूट जाती। इस मामले में चमक के लगातार माप, तुरंत की गई निगरानी और स्पेक्ट्रोस्कोपी के मेल से मुख्य प्रमाण मिले।

टीम और ऐसे और उदाहरणों की तलाश

इस शोधपत्र के प्रथम लेखक USTC के डॉक्टरेट छात्र Zheyu Lin हैं। उनके संयुक्त मार्गदर्शक प्रोफेसर Xu Kong और एसोसिएट रिसर्चर Ning Jiang हैं। Jiang, प्रोफेसर Tinggui Wang और Kong पत्राचार लेखक हैं। सहयोगी संस्थानों में Chinese Academy of Sciences के National Astronomical Observatories, Wuhan University, Hiroshima University, Kyoto University और Indian Institute of Astrophysics शामिल हैं।

इस परियोजना को National Natural Science Foundation of China, Ministry of Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, चीन के मानव अंतरिक्ष उड़ान कार्यक्रम, Tang Foundation और Anhui प्रांतीय अधिकारियों समेत कई संगठनों से समर्थन मिला।

शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि वे AT 2022dbl जैसी और घटनाएं खोजने के लिए Wide Field Survey Telescope (WFST), जिसे Mozi Survey Telescope के नाम से भी जाना जाता है, का उपयोग करेंगे। इस दूरबीन को USTC और Purple Mountain Observatory ने संयुक्त रूप से विकसित किया है। ज्वारीय विघटन की घटनाएं इसके मुख्य वैज्ञानिक लक्ष्यों में शामिल हैं।

ऐसे और उदाहरण मिलने से खगोलविदों को तुलना के लिए अधिक तारे और ज्वालाएं मिलेंगी। AT 2022dbl दिखाता है कि नई घटनाओं की खोज के साथ ज्ञात घटनाओं पर नजर बनाए रखना भी उपयोगी है: जो पिंड मंद पड़ चुका हो, उसमें आगे भी देखा जा सकने वाला एक और प्रकरण हो सकता है।

मुख्य बिंदु

• USTC के शोधकर्ताओं ने जनवरी 2024 में AT 2022dbl की चमक फिर बढ़ते हुए दर्ज की।
• दो ज्वालाओं के मिलते-जुलते स्पेक्ट्रा इस निष्कर्ष का समर्थन करते हैं कि ब्लैक होल ने एक ही तारे से दो बार पदार्थ खींचा।
• टीम इसे स्पेक्ट्रोस्कोपी से पुष्ट पहला बार-बार हुआ आंशिक ज्वारीय विघटन बताती है।
• दूसरी ज्वाला के प्रेक्षण Swift, LCOGT और Palomar के Hale telescope से किए गए।
• यह अध्ययन 9 अगस्त, 2024 को The Astrophysical Journal Letters में प्रकाशित हुआ।
• शोधकर्ताओं का अनुमान है कि पकड़ा गया तारा लंबी कक्षा में घूम रहा है। वे WFST की मदद से ऐसे और उदाहरण खोजने की योजना बना रहे हैं।