1991 की एक गामा-किरण चमक में मैग्नेटार की गूँज

11 जुलाई 1991 को कॉम्पटन गामा रे ऑब्ज़र्वेटरी पर लगे BATSE उपकरण ने गामा किरणों की एक चमक दर्ज की। GRB 910711 को उस मिशन द्वारा देखा गया सबसे छोटा प्रस्फोट बताया गया: लगभग 10 मिलीसेकंड का एक चमकीला शिखर, फिर 100 से 200 मिलीसेकंड की एक धुँधली पूँछ। 2023 में, 724 छोटे प्रस्फोटों के एक विश्लेषण ने इसे किलोहर्ट्ज़ दोलनों — प्रति सेकंड हज़ारों बार चढ़ती-उतरती चमक — का सबसे प्रबल दावेदार बताया, जिन्हें एक विलय के बाद बचे “अति-भारी” (hypermassive) न्यूट्रॉन तारे की गतियों के रूप में पढ़ा गया।

एक छोटी चमक के दो संदिग्ध

छोटे गामा-किरण प्रस्फोटों के दो संभावित स्रोत हैं: सघन तारों का विलय, या मैग्नेटार की विशाल प्रज्वाला — मैग्नेटार यानी अत्यंत प्रबल चुंबकीय क्षेत्र वाला न्यूट्रॉन तारा। दूसरी आकाशगंगाओं से आई कुछ विशाल प्रज्वालाएँ अवधि और अपने प्रकाश की ऊर्जा में विलय-प्रस्फोटों जैसी लगती हैं; आकाश में सटीक स्थिति के बिना दोनों को अलग करना कठिन है। GRB 910711 की स्थिति में लगभग 6 डिग्री की अनिश्चितता है।

Run-Chao Chen और Bin-Bin Zhang (नानजिंग विश्वविद्यालय), Ore Gottlieb (मैसाचुसेट्स इंस्टिट्यूट ऑफ़ टेक्नोलॉजी) और पाँच अन्य सहयोगियों ने विलय वाली व्याख्या के एक तनाव से शुरुआत की।

धड़कन ढोने के लिए बहुत “कठोर” प्रकाश

GRB 910711 का स्पेक्ट्रम एक कृष्णिका (blackbody) — किसी गर्म, अपारदर्शी पिंड की दमक — से लगभग उतनी ही अच्छी तरह मेल खाता है जितना उस आकार से जो आमतौर पर विलय-प्रस्फोटों पर बैठाया जाता है। उस दूसरे आकार के साथ यह असामान्य रूप से “कठोर” निकलता है — यानी उच्च-ऊर्जा फ़ोटॉनों की ओर झुका — BATSE द्वारा मापे गए प्रस्फोटों के बिल्कुल चरम छोर पर।

स्वाभाविक समाधान: प्रकाश एक प्रकाशमंडल (photosphere) से निकलता है, यानी वह परत जहाँ कोई अपारदर्शी बादल अपना प्रकाश जाने देता है। पर वहाँ प्रकाश केंद्रीय इंजन से बहुत दूर, कई बार प्रकीर्णित होने के बाद निकलता है। केंद्र में किसी न्यूट्रॉन तारे द्वारा तय की गई किलोहर्ट्ज़ धड़कन को इस यात्रा में बचे रहने के लिए, या बाहर निकलते हुए फिर से बनने के लिए, किसी अतिरिक्त तंत्र की ज़रूरत होती।

एक ज्ञात प्रज्वाला का धुँधला जुड़वाँ

उनका मानदंड है GRB 200415A, जो 15 अप्रैल 2020 को दर्ज हुआ: पड़ोसी आकाशगंगा NGC 253 से, 3.5 मेगापारसेक दूर, एक मैग्नेटार की विशाल प्रज्वाला — मेगापारसेक आकाशगंगाओं के बीच की दूरियों के लिए खगोलविदों की इकाई है।

शिखरों पर संरेखित करने पर दोनों प्रकाश-वक्र एक जैसे दिखते हैं: वही 10 मिलीसेकंड का शिखर, वही कमज़ोर पूँछ, और लगभग 90 माइक्रोसेकंड — सेकंड का दस-लाखवाँ हिस्सा — जितनी छोटी संरचनाएँ 1991 में, और 2020 में 65। 2020 की प्रज्वाला का एक मॉडल, बस धुँधला करके, मानो वह और दूर हुई हो, 1991 के प्रस्फोट का आकार दोहरा देता है। लेखक ज़ोर देते हैं कि यह एक उदाहरण है, दूरी का माप नहीं।

लगभग 360 हर्ट्ज़ के अधिस्वर

शिखर के भीतर टीम को 1991 के प्रस्फोट में 360 हर्ट्ज़ — प्रति सेकंड 360 बार — पर एक उभार मिलता है, और 2020 में 350 हर्ट्ज़ पर। 10 मिलीसेकंड के दौरान, लगभग 100 हर्ट्ज़ से कम अंतर वाली आवृत्तियों को अलग नहीं किया जा सकता: दोनों उभार अभिन्न हैं।

समय के सापेक्ष लय के मानचित्र 360 हर्ट्ज़ के पूर्ण गुणजों पर चमकते शिखर दिखाते हैं, जैसे एक ही सुर के अधिस्वर: GRB 910711 में 360 के 1, 3, 5, 6 और 11 गुने; GRB 200415A में 2, 4, 6 और 12 गुने। दोनों में छठा गुणज साझा है, लगभग 2,160 हर्ट्ज़, जो 2020 की प्रज्वाला में पहले ही बताए गए एक दोलन के क़रीब है।

बाइस्पेक्ट्रम (bispectrum) जाँचता है कि दोलन आपस में युग्मित हैं या नहीं: युग्मित दोलन अपनी आवृत्तियों के योग पर शक्ति पैदा करते हैं। 2020 की प्रज्वाला में 4,320 हर्ट्ज़ का घटक 2,160 हर्ट्ज़ पर दो युग्मित घटकों से मेल खाता है, जो ख़ुद 720 और 1,440 हर्ट्ज़ के युग्मन से मेल खाते हैं।

100,000 नक़ली प्रस्फोट

संयोग को परखने के लिए टीम ने हर प्रस्फोट के लिए 100,000 नक़ली प्रकाश-वक्र बनाए, जिनमें शिखर का आकार और फ़ोटॉन-गणना का शोर वही था, पर कोई दोलन नहीं। GRB 910711 के लिए लगभग 5% नक़ली वक्रों में 360 हर्ट्ज़ का उभार कम से कम उतना ही प्रबल निकला, और GRB 200415A के लिए 0.1% में। जब नक़ली वक्रों में पहले बताए गए किलोहर्ट्ज़ दोलन और अधिक यथार्थवादी पृष्ठभूमि शोर भी डाले गए, तो ये आँकड़े बढ़कर 15.5% और 33.4% हो गए: अकेले में, यह निम्न-आवृत्ति उभार अब उतना अप्रत्याशित नहीं रहता।

अधिस्वरों को केवल बिना दोलन वाले नक़ली वक्रों के सामने परखा गया, और वहाँ वे टिकते हैं। मूल आवृत्ति में एक छोटा अंतर हर अधिस्वर पर गुणा होता जाता है, इसलिए यह पैटर्न उसे अकेले उभार की तुलना में कहीं बारीकी से परखता है। 260 से 460 हर्ट्ज़ तक छानने पर दोनों प्रस्फोट लगभग 360 हर्ट्ज़ को पसंद करते हैं; नक़ली वक्र नहीं। बिना दोलन वाले नक़ली वक्रों की तुलना में, युग्मनों की संयुक्त प्रबलता GRB 910711 के लिए 10,000 में केवल 1.3 बार पहुँची, और GRB 200415A के लिए 4.5 बार।

सत्रह संभावित आकाशगंगाएँ

किसी भी दूरी पर, ज्ञात विलय-प्रस्फोटों की तुलना में, GRB 910711 अपने प्रकाश की ऊर्जा के हिसाब से बहुत धुँधला होगा। विशाल प्रज्वाला के रूप में यह ठीक बैठता है, अगर यह लगभग 55 मेगापारसेक के भीतर हो, यानी NGC 253 से लगभग 16 गुना दूर। उस दूरी-सीमा और आकाश के उसके हिस्से में टीम 17 आकाशगंगाओं की सूची देती है, जिनमें सबसे निकट लगभग 9.1 मेगापारसेक पर है, और सभी मुख्यतः तारा-निर्माण करने वाली आकाशगंगाओं में गिनी जाती हैं। अगर यह व्याख्या टिकती है, तो BATSE ने 1991 में ही किसी दूसरी आकाशगंगा से अपनी पहली विशाल प्रज्वाला पकड़ ली थी।

360 हर्ट्ज़ पर क्या गूँज सकता है

हमारी आकाशगंगा की विशाल प्रज्वालाओं में तेज़ दोलन मंद पड़ती पूँछों में दिखे थे, शिखर में नहीं; उनमें से एक, लगभग 625 हर्ट्ज़ पर, तारे की पर्पटी (crust) के कंपन से जोड़ा गया। कुछ मान्यताओं के तहत यह 360 हर्ट्ज़ के आसपास आ सकता है, पर यह हर तारे के आंतरिक भाग और चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर करता है: दो मैग्नेटारों में यह साझा होना एक संयोग होगा। अधिक अटकल वाली संभावना है उस सीमा पर कंपन, जहाँ गहरे केंद्र में नाभिकीय पदार्थ क्वार्क पदार्थ में बदल जाता है: इसकी आवृत्ति, 100 से 1,000 हर्ट्ज़ के बीच, मुख्यतः नाभिकीय भौतिकी पर निर्भर करती है, तारे के द्रव्यमान पर कम। ऐसा कोई भी कंपन शिखर के प्रकाश को कैसे आकार देगा, यह अनिश्चित बना हुआ है।

केवल गामा किरणों में सुनी गई धड़कन

लेखक लिखते हैं कि परिणाम मैग्नेटार उत्पत्ति को “एकमात्र रूप से स्थापित नहीं करते”, पर उसे “अधिक किफ़ायती व्याख्या” बनाते हैं: विलय को एक साथ कठोर स्पेक्ट्रम, प्रकाशमंडल को पार करती धड़कन, 2020 की प्रज्वाला से समानता और साझा अधिस्वर — सब समझाने होंगे। अगर भविष्य के छोटे प्रस्फोटों में ऐसे अधिस्वर दिखते हैं, तो केवल गामा किरणें प्रज्वालाओं को विलयों से अलग करने में मदद कर सकती हैं, समय रहते, ताकि आगे के प्रेक्षणों की योजना बनाई जा सके। GRB 910711 के पास बचते हैं आकाश का 6 डिग्री का एक टुकड़ा, 17 संभावित आकाशगंगाएँ, और 360 हर्ट्ज़ के पास एक धड़कन।