आजवर पाहिलेल्या सर्वांत ताणलेल्या कक्षेतील दोन मृत तारे

न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या जोड्या — मोठ्या ताऱ्यांनी मागे सोडलेले कोसळलेले गाभे — एकमेकांभोवती फिरतात आणि गुरुत्वीय लहरींच्या रूपात हळूहळू ऊर्जा गमावतात. पहिली जोडी 1974 मध्ये सापडली (PSR B1913+16), आणि आज 30 हून अधिक ज्ञात आहेत. काही अखेरीस विलीन होतात, आणि LIGO ने टिपलेल्या GW170817 आणि GW190425 सारख्या घटना घडवतात. आकाशगंगेत अशा किती जोड्या टिकून आहेत, आणि कोणत्या कक्षांमध्ये, हे गुरुत्वीय-लहरी खगोलशास्त्रासाठी आणि जोडताऱ्यांच्या उत्क्रांतीच्या कहाणीसाठी मूलभूत प्रश्न आहेत.

विक्रमी कक्षा

PSR J0653+0443 हा एक पल्सार आहे — एक न्यूट्रॉन तारा ज्याचा रेडिओ झोत दीपगृहासारखा पृथ्वीवरून फिरून जातो — जो दर 47.5 मिलिसेकंदांनी एकदा स्वतःभोवती फिरतो. तो प्रथम चीनच्या पाचशे-मीटर व्यासाच्या गोलाकार रेडिओ दुर्बिणीने (FAST) 20 नोव्हेंबर 2022 रोजी टिपला, आणि आकाशगंगेच्या पर्सियस बाहूत सुमारे 1 किलोपार्सेक (सुमारे 3,000 प्रकाशवर्षे) अंतरावर आहे.

दोन वर्षांहून अधिक काळ त्याच्या स्पंदांची वेळ मोजून, चीनच्या राष्ट्रीय खगोलीय वेधशाळा आणि सहयोगी विद्यापीठांतील Z. L. Yang, J. L. Han आणि सहकाऱ्यांना आढळले की तो दुसऱ्या एका न्यूट्रॉन ताऱ्याभोवती फिरतो. वस्तुमाने: पल्सारसाठी 1.38 सौर वस्तुमाने, त्याच्या सोबत्यासाठी 1.44.

कक्षा असाधारण आहे:

• 79.084 दिवसांचा आवर्तकाल, सर्व ज्ञात दुहेरी न्यूट्रॉन ताऱ्यांमध्ये सर्वांत लांब;
• 0.99238692 इतकी विकेंद्रता (वर्तुळासाठी 0, जवळजवळ उघड्या वक्रापर्यंत ताणलेल्या कक्षेसाठी 1 च्या जवळ) — ताऱ्यांच्या कोणत्याही जोडीसाठी आजवर मोजलेली सर्वाधिक; आधीचा विक्रम, एका सामान्य जोडताऱ्यासाठी, 0.985 होता;
• सोबत्याच्या एका बाजूहून दुसऱ्या बाजूला जायला फक्त 46 मिनिटे, तर 79 दिवसांपैकी बहुतेक वेळ दूर घालवला जातो;
• सर्वांत जवळ असताना, 0.83 सौर त्रिज्या इतके अंतर, म्हणजे सुमारे 5,80,000 किमी — सूर्याच्या स्वतःच्या त्रिज्येहूनही कमी — आणि दर सेकंदाला 1,140 किलोमीटर इतका सापेक्ष वेग, कोणत्याही ज्ञात दुहेरी न्यूट्रॉन ताऱ्यात सर्वाधिक.

FAST ही स्थिर तबकडी आहे: तिला स्वतःच्या वरच्या आकाशाचा केवळ एक पट्टाच दिसतो, आणि सर्वांत जवळचा क्षण नेहमी त्या पट्ट्यात येत नाही. 2025 ते 2028 दरम्यान फक्त दोन जवळून जाणे त्याच्या दृष्टिपथात येतात: 19 फेब्रुवारी 2025 आणि 21 एप्रिल 2027. चमूने पहिल्याचा दोन तास, दर मिनिटाला एक मोजमाप घेत, माग काढला.

एक ग्रहण आणि डोलणारे लंबवर्तुळ

त्या जवळून जाण्याच्या वेळी, सोबत्याच्या चुंबकीय वातावरणामागून जाताना पल्सारचा रेडिओ संकेत 85 सेकंद नाहीसा झाला. याचा अर्थ आपण कक्षा जवळजवळ कडेकडून पाहतो. दुहेरी न्यूट्रॉन ताऱ्यात दिसलेले हे फक्त दुसरे ग्रहण आहे, प्रसिद्ध दुहेरी पल्सार PSR J0737−3039A नंतर.

सामान्य सापेक्षता लंबवर्तुळाला हळूहळू फिरवते — उपसूर्यबिंदूचे पुरस्सरण (advance of periastron) — कक्षेचा सर्वांत जवळचा बिंदू हळूहळू पुढे सरकत फिरतो —, इथे भाकितानुसार दरवर्षी 0.017791 अंश मोजले गेले. पण हे पुरस्सरण एकसमान नाही: सर्वांत जवळच्या क्षणाजवळ ते वेगावते. या जवळजवळ परवलयाकार कक्षेत, जवळून जाण्याच्या काळातच कक्षेची दिशा बदलते, पल्सारला प्रथम आपल्याकडे आणि मग आपल्यापासून दूर नेते, आणि त्याची स्पंदे −2.91 ते +2.49 मिलिसेकंदांनी आधी किंवा उशिरा पोहोचवते, अशा इतर कोणत्याही प्रणालीपेक्षा दहापटीहून अधिक.

जोरदार धक्क्यातून जन्म

अशा जोड्या एकामागून एक फुटणाऱ्या दोन मोठ्या ताऱ्यांपासून येतात असे मानले जाते. लेखकांच्या मते, इतकी टोकाची विकेंद्रता फक्त दुसऱ्या न्यूट्रॉन ताऱ्याला, त्याच्या जनक ताऱ्याचा लोह-गाभा कोसळत असताना मिळालेल्या मोठ्या “धक्क्यातूनच” (kick) येऊ शकते. त्यांची सिम्युलेशन्स दर सेकंदाला सुमारे 400 किलोमीटरपेक्षा अधिक धक्का सुचवतात.

त्यांनी सुमारे एक अब्ज मोठ्या जोडताऱ्यांचेही सिम्युलेशन केले. टिकून राहिलेल्या दुहेरी न्यूट्रॉन ताऱ्यांपैकी, 0.95 पेक्षा अधिक विकेंद्रता आणि 50 ते 110 दिवसांचा आवर्तकाल असलेले 0.5% पेक्षा कमी आहेत. तरीही हा, गोलाकार तारकागुच्छांच्या बाहेर, आकाशगंगेच्या तबकडीत ज्ञात असलेल्या फक्त 28 जोड्यांमध्ये सापडला. लेखकांच्याच शब्दांत, “एकतर आपण फार नशीबवान आहोत किंवा सध्याचा जोडतारा-उत्क्रांती सिद्धांत आणि गाभा-कोसळणाऱ्या अधिनवताऱ्यांबद्दलची सध्याची समज यांत सुधारणा हवी”.

गुरुत्वीय लहरींचे स्फोट

दोन तारे दर 79 दिवसांनी एकदाच जवळ येत असल्याने, ते नियतकालिक स्फोटांच्या रूपात गुरुत्वीय लहरी उत्सर्जित करतात. उत्सर्जन 0.357 मिलिहर्ट्झ जवळ शिखर गाठते, म्हणजे दर 47 मिनिटांनी एक आवर्तन — सर्वांत जवळून जाण्याच्या कालावधीइतके. नियोजित अवकाशस्थ गुरुत्वीय-लहरी वेधशाळा LISA, Taiji आणि TianQin यांसाठी हे खूप क्षीण आहे, पण LISAmax सारख्या प्रस्तावित भावी संकल्पना दहा वर्षांत ते टिपू शकतील. ही जोडी सुमारे 2.5 अब्ज वर्षांत विलीन होईल, GW170817 सारख्या घटनेत अंत पावत.