1991 সালের একটি গামা-রশ্মি ঝলকে ম্যাগনেটারের সুর

1991 সালের 11 জুলাই কম্পটন গামা রে অবজারভেটরিতে থাকা BATSE যন্ত্রটি গামা রশ্মির একটি ঝলক রেকর্ড করে। GRB 910711-কে বলা হয়েছিল অভিযানটির দেখা সবচেয়ে ছোট বিস্ফোরণ: প্রায় 10 মিলিসেকেন্ডের একটি উজ্জ্বল শিখর, তারপর 100 থেকে 200 মিলিসেকেন্ডের একটি ক্ষীণ লেজ। 2023 সালে 724টি ছোট বিস্ফোরণের একটি বিশ্লেষণ একে কিলোহার্ৎজ দোলনের — সেকেন্ডে হাজার হাজার বার উজ্জ্বলতার ওঠানামা — সবচেয়ে জোরালো দাবিদার বানায়, যা পড়া হয়েছিল একটি মিলনের পর রয়ে যাওয়া “অতি-ভারী” (hypermassive) নিউট্রন তারার গতি হিসেবে।

একটি ছোট ঝলকের দুই সন্দেহভাজন

ছোট গামা-রশ্মি বিস্ফোরণের দুটি সম্ভাব্য উৎস: ঘন তারাদের মিলন, অথবা ম্যাগনেটারের দানবীয় বিস্ফোরণ — ম্যাগনেটার মানে অতি-প্রবল চৌম্বকক্ষেত্রওয়ালা নিউট্রন তারা। অন্য ছায়াপথ থেকে আসা কিছু দানবীয় বিস্ফোরণ স্থায়িত্বে এবং তাদের আলোর শক্তিতে মিলন-বিস্ফোরণের মতো; আকাশে সুনির্দিষ্ট অবস্থান ছাড়া দুটিকে আলাদা করা কঠিন। GRB 910711-এর অবস্থানে প্রায় 6 ডিগ্রি অনিশ্চয়তা আছে।

Run-Chao Chen ও Bin-Bin Zhang (নানজিং বিশ্ববিদ্যালয়), Ore Gottlieb (ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজি) এবং আরও পাঁচ সহকর্মী শুরু করেছেন মিলন-ব্যাখ্যার একটি টানাপোড়েন থেকে।

স্পন্দন বহনের পক্ষে বড্ড “কঠিন” আলো

GRB 910711-এর বর্ণালি একটি কৃষ্ণবস্তু (blackbody) — উত্তপ্ত, অস্বচ্ছ বস্তুর আভা — দিয়ে প্রায় ততটাই ভালো মেলে, যতটা মিলন-বিস্ফোরণে সাধারণত বসানো আকার দিয়ে মেলে। সেই দ্বিতীয় আকার দিয়ে এটি অস্বাভাবিক রকম “কঠিন” দাঁড়ায় — অর্থাৎ উচ্চ-শক্তির ফোটনের দিকে ঝোঁকা — BATSE-র মাপা বিস্ফোরণগুলোর একেবারে চরম প্রান্তে।

স্বাভাবিক সমাধান: আলো বেরোচ্ছে একটি আলোকমণ্ডল (photosphere) থেকে, অর্থাৎ সেই স্তর যেখানে একটি অস্বচ্ছ মেঘ তার আলো ছেড়ে দেয়। কিন্তু সেখানে আলো বেরোয় কেন্দ্রীয় ইঞ্জিন থেকে অনেক দূরে, বহুবার বিক্ষিপ্ত হওয়ার পর। কেন্দ্রের একটি নিউট্রন তারার বেঁধে দেওয়া কিলোহার্ৎজ স্পন্দনকে এই যাত্রায় টিকে থাকতে, বা বেরোনোর পথে নতুন করে গড়ে উঠতে, একটি বাড়তি প্রক্রিয়ার দরকার হতো।

একটি পরিচিত বিস্ফোরণের ম্লানতর যমজ

তাঁদের মানদণ্ড GRB 200415A, রেকর্ড হয়েছিল 2020 সালের 15 এপ্রিল: কাছের ছায়াপথ NGC 253 থেকে, 3.5 মেগাপারসেক দূরে, একটি ম্যাগনেটারের দানবীয় বিস্ফোরণ — মেগাপারসেক হলো ছায়াপথগুলোর মধ্যকার দূরত্বের জন্য জ্যোতির্বিদদের একক।

শিখর বরাবর মিলিয়ে রাখলে দুটি আলোক-বক্ররেখা একই রকম দেখায়: একই 10 মিলিসেকেন্ডের শিখর, একই দুর্বলতর লেজ, আর 1991-এ প্রায় 90 মাইক্রোসেকেন্ড — সেকেন্ডের দশলক্ষ ভাগ — পর্যন্ত ছোট বৈশিষ্ট্য, 2020-এ 65। 2020-এর বিস্ফোরণের একটি মডেলকে শুধু ম্লান করলে, যেন সেটি আরও দূরে ঘটেছে, তা 1991-এর বিস্ফোরণের আকার পুনরুৎপাদন করে। লেখকেরা জোর দিয়ে বলেন, এটি একটি দৃষ্টান্ত, দূরত্বের পরিমাপ নয়।

প্রায় 360 হার্ৎজের উপসুর

শিখরের ভেতরে দলটি 1991-এর বিস্ফোরণে 360 হার্ৎজে — সেকেন্ডে 360 বার — একটি স্ফীতি পায়, আর 2020-এ 350 হার্ৎজে। 10 মিলিসেকেন্ড সময়ে প্রায় 100 হার্ৎজের চেয়ে কাছাকাছি কম্পাঙ্ক আলাদা করা যায় না: স্ফীতি দুটি অভিন্ন।

সময়ের সাপেক্ষে ছন্দের মানচিত্রে 360 হার্ৎজের পূর্ণ গুণিতকে শিখর জ্বলে উঠতে দেখা যায়, যেন একটি সুরের উপসুর: GRB 910711-এ 360-এর 1, 3, 5, 6 ও 11 গুণ; GRB 200415A-তে 2, 4, 6 ও 12 গুণ। দুটিতেই ষষ্ঠটি আছে, প্রায় 2,160 হার্ৎজ, যা 2020-এর বিস্ফোরণে আগেই জানানো একটি দোলনের কাছাকাছি।

বাইস্পেকট্রাম (bispectrum) যাচাই করে দোলনগুলো পরস্পর-যুক্ত কি না: যুক্ত দোলন তাদের কম্পাঙ্কের যোগফলে শক্তি তৈরি করে। 2020-এর বিস্ফোরণে 4,320 হার্ৎজের উপাংশটি 2,160 হার্ৎজে দুটি যুক্ত উপাংশের সঙ্গে মেলে, যেগুলো আবার 720 ও 1,440 হার্ৎজের যুক্ত জোড়ের সঙ্গে মেলে।

100,000টি নকল বিস্ফোরণ

দৈবক্রম যাচাই করতে দলটি প্রতিটি বিস্ফোরণের জন্য 100,000টি নকল আলোক-বক্ররেখা বানিয়েছে, যাদের শিখরের আকার ও ফোটন-গণনার গোলমাল একই, কিন্তু কোনো দোলন নেই। GRB 910711-এর ক্ষেত্রে প্রায় 5% নকলে 360 হার্ৎজের স্ফীতি অন্তত সমান জোরালো এসেছে, আর GRB 200415A-র ক্ষেত্রে 0.1%-এ। নকলগুলোতে আগে জানানো কিলোহার্ৎজ দোলন আর আরও বাস্তবসম্মত পটভূমির গোলমালও রাখলে এই সংখ্যা বেড়ে হয় 15.5% ও 33.4%: একা ধরলে নিম্ন-কম্পাঙ্কের স্ফীতিটি কম অপ্রত্যাশিত হয়ে যায়।

উপসুরগুলো যাচাই করা হয়েছে কেবল দোলনহীন নকলের বিরুদ্ধে, আর সেখানে সেগুলো টেকে। মূল কম্পাঙ্কে একটি ছোট পার্থক্য প্রতিটি উপসুরে গুণিত হয়, তাই নকশাটি একা স্ফীতির চেয়ে তাকে অনেক সূক্ষ্মভাবে যাচাই করে। 260 থেকে 460 হার্ৎজ পর্যন্ত খুঁজলে দুটি বিস্ফোরণই প্রায় 360 হার্ৎজ পছন্দ করে; নকলগুলো করে না। দোলনহীন নকলের তুলনায়, যুক্ততাগুলোর সম্মিলিত প্রাবল্য GRB 910711-এর ক্ষেত্রে 10,000-এ মাত্র 1.3 বার পৌঁছেছে, আর GRB 200415A-র ক্ষেত্রে 4.5 বার।

সতেরোটি সম্ভাব্য ছায়াপথ

যে-কোনো দূরত্বে, পরিচিত মিলন-বিস্ফোরণের তুলনায় GRB 910711 তার আলোর শক্তির হিসাবে বড্ড ম্লান হবে। দানবীয় বিস্ফোরণ হিসেবে এটি খাপ খায়, যদি তা প্রায় 55 মেগাপারসেকের মধ্যে থাকে, অর্থাৎ NGC 253-এর চেয়ে প্রায় 16 গুণ দূরে। সেই পরিসরে এবং আকাশের সেই অংশে দলটি 17টি ছায়াপথের তালিকা দেয়, যার নিকটতমটি প্রায় 9.1 মেগাপারসেক দূরে, আর সবগুলোই মূলত তারা-গঠনকারী ছায়াপথ হিসেবে শ্রেণিভুক্ত। এই ব্যাখ্যা টিকলে, BATSE 1991 সালেই অন্য ছায়াপথ থেকে তার প্রথম দানবীয় বিস্ফোরণ ধরেছিল।

360 হার্ৎজে কী বাজতে পারে

আমাদের ছায়াপথের দানবীয় বিস্ফোরণগুলোতে দ্রুত দোলন দেখা গিয়েছিল ম্লান হতে থাকা লেজে, শিখরে নয়; তার একটি, প্রায় 625 হার্ৎজে, তারার ভূত্বকের (crust) কম্পনের ফল বলে ধরা হয়েছিল। কিছু অনুমানের অধীনে তা 360 হার্ৎজের কাছে পড়তে পারে, কিন্তু তা নির্ভর করে প্রতিটি তারার অভ্যন্তর ও চৌম্বকক্ষেত্রের ওপর: দুটি ম্যাগনেটারে এটি মিলে যাওয়া হবে কাকতালীয়। আরও অনুমাননির্ভর হলো কেন্দ্রের গভীরে যেখানে নিউক্লীয় পদার্থ কোয়ার্ক পদার্থে পরিণত হয়, সেই সীমানায় একটি কম্পন: তার কম্পাঙ্ক, 100 থেকে 1,000 হার্ৎজের মধ্যে, মূলত নিউক্লীয় পদার্থবিজ্ঞানের ওপর নির্ভর করে, তারার ভরের ওপর সামান্যই। এমন কোনো কম্পন শিখরের আলোকে কীভাবে রূপ দেবে, তা অনিশ্চিত রয়ে গেছে।

কেবল গামা রশ্মিতে শোনা স্পন্দন

লেখকেরা লিখেছেন, ফলাফলগুলো ম্যাগনেটার-উৎসকে “অদ্বিতীয়ভাবে প্রতিষ্ঠা করে না”, কিন্তু তাকে “অধিক মিতব্যয়ী ব্যাখ্যা” বানায়: মিলনকে একসঙ্গে ব্যাখ্যা করতে হবে কঠিন বর্ণালি, আলোকমণ্ডল পার হওয়া একটি স্পন্দন, 2020-এর বিস্ফোরণের সঙ্গে সাদৃশ্য এবং অভিন্ন উপসুর — সবকিছু। ভবিষ্যতের ছোট বিস্ফোরণে এমন উপসুর দেখা দিলে, কেবল গামা রশ্মিই বিস্ফোরণকে মিলন থেকে আলাদা করতে সাহায্য করতে পারে, সময়মতো, যাতে পরবর্তী পর্যবেক্ষণের পরিকল্পনা করা যায়। GRB 910711-এর থাকে আকাশের 6 ডিগ্রির একটি টুকরো, 17টি সম্ভাব্য ছায়াপথ, আর 360 হার্ৎজের কাছে একটি স্পন্দন।