খোলস-ছাড়ানো এক তারা, এক অদৃশ্য সঙ্গী, 4.2 ঘণ্টার এক কক্ষপথ

আকাশগঙ্গার বাইরে, ক্ষুদ্র ম্যাজেলানীয় মেঘে (Small Magellanic Cloud) একটি ছোট, খুব গরম তারা প্রতি 4 ঘণ্টা 10 মিনিটে এমন এক সঙ্গীর চারপাশে একটি পাক সম্পূর্ণ করে, যা কোনো আলো ছড়ায় না। তারাটির নাম DGL-3, আর এর লুকানো সঙ্গী খুব সম্ভবত একটি নিউট্রন তারা, অর্থাৎ একটি ভারী তারা বিস্ফোরিত হলে যে অতি-ঘন চুপসে যাওয়া কেন্দ্র অবশিষ্ট থাকে।

বাইরের স্তরগুলো খোসার মতো ছাড়ানো এক তারা

DGL-3 একটি খোলস-ছাড়ানো তারা (stripped star): একটি সঙ্গীর সঙ্গে মিথস্ক্রিয়ায় এটি তার হাইড্রোজেন-সমৃদ্ধ বাইরের আবরণ হারিয়েছে। যা বাকি আছে তা ঘন-সংবদ্ধ, গরম, হাইড্রোজেনে দরিদ্র, আর এর কেন্দ্রে হিলিয়াম জ্বলে।

• ভর: সূর্যের প্রায় 3.4 গুণ, এর ঔজ্জ্বল্য থেকে অনুমিত, খুবই একপেশে ত্রুটিসীমাসহ (2.96 থেকে 7.72 সৌর ভর)।
• ব্যাসার্ধ: সূর্যের প্রায় 0.77 গুণ; পৃষ্ঠের তাপমাত্রা: প্রায় 71,000 কেলভিন; হাইড্রোজেন: এর পৃষ্ঠের মাত্র 10%।

এই “মধ্যবর্তী” ভরের তারাগুলো এতটা ভারী যে এদের কেন্দ্র চুপসে একটি নিউট্রন তারা হতে পারে, কিন্তু একটি কৃষ্ণগহ্বর তৈরির মতো ভারী নয়। বর্তমান মডেলগুলোতে, যে নিউট্রন-তারা জুটিগুলো এতটা আঁটসাঁট যে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ ছড়াতে ছড়াতে সর্পিল পথে কাছে এসে একীভূত হয়, তারা প্রথমে ঠিক এই পর্যায়টির মধ্য দিয়ে যায়: একটি খোলস-ছাড়ানো তারাকে প্রদক্ষিণরত একটি নিউট্রন তারা। এই পর্যায়টি আগে কখনো সরাসরি পর্যবেক্ষণ করা হয়নি, আর একীভবনের পূর্বাভাসিত হারগুলো কয়েকটি মাত্রাক্রমজুড়ে ছড়ানো।

যে সঙ্গী জ্বলে না, তাকে ওজন করা

দলটি 2019 থেকে 2022 সালের মধ্যে চিলির 6.5 মিটার ম্যাজেলান দূরবীক্ষণ যন্ত্র দিয়ে 38টি বর্ণালি সংগ্রহ করেছে। তারার বর্ণালি-রেখাগুলো — এর আলোয় নির্দিষ্ট রঙে থাকা কালো রেখা — এটি আমাদের দিকে এলে নীলের দিকে আর দূরে সরে গেলে লালের দিকে সরে যায় (ডপলার প্রভাব, Doppler effect); এগুলো দেখায় যে এটি সেকেন্ডে সর্বোচ্চ 151.4 কিমি বেগে আমাদের দিকে আসে ও দূরে সরে যায়, একটি বৃত্তাকার কক্ষপথে, যা প্রতি 4.1693 ঘণ্টায় সম্পূর্ণ হয়।

পর্যায়কাল ও বেগ থেকে পাওয়া যায় ভর ফাংশন (mass function), যা সঙ্গীর ভরকে তারাটির নিজের ভর এবং পৃথিবী থেকে দেখা কক্ষপথের হেলনের (এর নতি, inclination) সঙ্গে যুক্ত করে। ঠিক কিনারা থেকে দেখা একটি কক্ষপথ সেই সবচেয়ে হালকা সঙ্গী দেয়, যা কক্ষপথটি অনুমোদন করে; তারাটির অনিশ্চিত ভর হিসাবে ধরলে, সেই ন্যূনতমের সাধারণ মান 1.38 ± 0.25 সৌর ভর, যা একটি শ্বেত বামন যে 1.4 পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে তার ঠিক নিচে (নিচে দেখুন)। তাই কেবল কক্ষপথ দিয়ে শ্বেত বামনকে বাদ দেওয়া যায় না।

• সাধারণ তারা নয়: অত ভারী একটি তারা এত আঁটসাঁট কক্ষপথের ভেতরে আঁটার পক্ষে খুব বড় হতো।
• দ্বিতীয় খোলস-ছাড়ানো তারা নয়: আসল বর্ণালিতে কৃত্রিম খোলস-ছাড়ানো সঙ্গী গুঁজে দিলে প্রতিবারই তা ধরা পড়েছে, অথচ আসল উপাত্তে তার কোনো চিহ্ন নেই।

যা বাকি থাকে তা হলো একটি ঘন-সংবদ্ধ বস্তু (compact object): একটি শ্বেত বামন (একটি হালকা তারার অবশিষ্ট ঘন কেন্দ্র), একটি নিউট্রন তারা বা একটি কৃষ্ণগহ্বর।

2.5% দোলন থেকে 99.4%

18 ডিসেম্বর 2022 তারিখে লা সিয়ার (La Silla) একটি 3.5 মিটার দূরবীক্ষণ যন্ত্রের একটি দ্রুতগতির ক্যামেরা প্রায় 3.4 ঘণ্টা ধরে প্রতি 20 সেকেন্ডে DGL-3-এর ছবি তুলেছে। এর ঔজ্জ্বল্য প্রতি কক্ষপথে দুবার প্রায় 2.5% বাড়ে ও কমে: সঙ্গীর মহাকর্ষ তারাটিকে সামান্য টেনে ডিমের আকার দেয়, যার লম্বা দিকটি আমরা প্রতি পাকে দুবার দেখি; এই টানের পরিমাণ নির্ভর করে সঙ্গীর ভর ও নতির ওপর।

দলটি এই আলোক-রেখার 500,000টি মডেল চালিয়েছে এবং প্রতিটিকে উপাত্তের সঙ্গে তার মিলের মাত্রা অনুযায়ী ভার দিয়েছে। সঙ্গীর ভরের জন্য:

• সবচেয়ে সম্ভাব্য মান 1.58 সৌর ভর;
• সম্ভাবনার মাত্র 0.6% পড়ে 1.4 সৌর ভরের নিচে, যা চন্দ্রশেখর সীমা এবং শ্বেত বামনের সম্ভাবনা নাকচ করে: তাই 99.4% সম্ভাবনা যে সঙ্গীটি শ্বেত বামন হওয়ার পক্ষে বেশি ভারী;
• মাত্র 3.4% পড়ে নিশ্চিত কৃষ্ণগহ্বরগুলোর ভরের পরিসরে; ভারী লেজের বাকি অংশ পড়ে নিউট্রন তারা ও কৃষ্ণগহ্বরের মাঝখানের ফাঁকে।

তাই নিউট্রন তারাই সবচেয়ে সম্ভাব্য সঙ্গী: এটি একটি সম্ভাবনা, প্রমাণ নয়। এক্স-রে দূরবীক্ষণ যন্ত্রে কিছুই ধরা পড়েনি; সঙ্গীর কাছ থেকে গ্যাস গিলতে থাকা একটি নিউট্রন তারা এক্স-রেতে জ্বলজ্বল করত, কিন্তু লেখকদের মতে এই নীরবতা দুর্বল নাক্ষত্রিক বায়ু থেকে পদার্থ পাওয়া একটি নিউট্রন তারার সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

কম্পিউটার মডেলে লেখা এক ভবিষ্যৎ

এরপর দলটি নাক্ষত্রিক বিবর্তনের কোড MESA দিয়ে ব্যবস্থাটিকে বিবর্তিত করেছে: 3.6 সৌর ভরের একটি খোলস-ছাড়ানো তারা, 1.4 সৌর ভরের একটি নিউট্রন তারা, 4.2 ঘণ্টার একটি কক্ষপথ। এরপর যা আসছে তা একটি পূর্বাভাস, পর্যবেক্ষণ নয়।

1. তারাটি আরও 14 লক্ষ বছর তার কেন্দ্রে হিলিয়াম জ্বালায়, তারপর ফুলে ওঠে। এত আঁটসাঁট কক্ষপথে মাত্র আধা সৌর ব্যাসার্ধ বাড়লেই এটি উপচে পড়ে এবং তার সঙ্গীর ওপর গ্যাস ঢালতে থাকে।
2. 26,000 বছর ধরে 1.2 সৌর ভর মহাশূন্যে পালিয়ে যায়। নিউট্রন তারাটি গিলে নেয় মাত্র 0.00072 সৌর ভর, যা তাকে প্রতি 79 মিলিসেকেন্ডে একবার ঘোরার গতিতে পৌঁছে দেওয়ার জন্য যথেষ্ট। কক্ষপথ সংকুচিত হয়ে 1.9 ঘণ্টায় নামে।
3. সমস্ত হাইড্রোজেন হারিয়ে তারাটি একটি সুপারনোভা হিসেবে বিস্ফোরিত হয় এবং দ্বিতীয় একটি নিউট্রন তারা রেখে যায়। প্রায় সেকেন্ডে 800 কিমি কক্ষীয় বেগের কারণে, কেবল অস্বাভাবিক বড় একটি ধাক্কাই (kick) — বিস্ফোরণ সদ্যোজাত নিউট্রন তারাটিকে যে প্রতিক্ষেপ দিতে পারে — জুটিটিকে ভেঙে দিতে পারে।
4. বিস্ফোরণটি প্রায় এক সৌর ভর গ্যাস উড়িয়ে দেয়। থেকে যায় দুটি নিউট্রন তারা, 4.4 ঘণ্টার একটি আরও চওড়া, লম্বাটে কক্ষপথে, এবং 22 কোটি বছর পরে একীভূত হয়।

পূর্বাভাসটি কোথায় ভাঙতে পারে

লেখকদের মতে সবচেয়ে দুর্বল জায়গা হলো, পালিয়ে যাওয়া গ্যাস কতটা কৌণিক ভরবেগ, অর্থাৎ কক্ষপথের “ঘূর্ণনের পরিমাণ”, সঙ্গে নিয়ে যায়। মডেলের সাতটি রূপভেদের একটিতে হারানো গ্যাস দুটি তারাকে ঘিরে একটি চাকতি তৈরি করে, আর জুটিটি দ্বিতীয় সুপারনোভার আগেই একীভূত হয়ে যায়। বাকি ছয়টিতে দুটি নিউট্রন তারা তৈরি হয় এবং শেষ পর্যন্ত একীভূত হয়, 17.5 কোটি থেকে 790 কোটি বছর পরে।

DGL-3 রয়েছে প্রায় 60,600 পারসেক দূরে — প্রায় 200,000 আলোকবর্ষ (এক পারসেক প্রায় 3.26 আলোকবর্ষ)। লেখকেরা উল্লেখ করেছেন, এটি 60 থেকে 600 গুণ কাছে, অর্থাৎ 100 থেকে 1,000 পারসেকের মধ্যে থাকলে LISA-র মতো নিম্ন-কম্পাঙ্কের মহাকর্ষীয় তরঙ্গ পর্যবেক্ষণাগার একে শনাক্ত করতে পারত।