सोललेला तारा, लपलेला साथीदार, 4.2 तासांची कक्षा

आकाशगंगेबाहेरील लघु मॅजेलॅनिक मेघातील एक लहान, अतिशय उष्ण तारा, प्रकाश न देणाऱ्या एका साथीदाराभोवती दर 4 तास 10 मिनिटांनी एक फेरी पूर्ण करतो. त्याचे नाव DGL-3 आहे, आणि त्याचा लपलेला साथीदार बहुधा न्यूट्रॉन तारा आहे, म्हणजे एखाद्या प्रचंड वस्तुमानाच्या ताऱ्याचा स्फोट झाल्यावर उरणारा अतिघन, कोसळलेला गाभा.

बाह्य थर सोलून काढलेला तारा

DGL-3 हा एक सोललेला तारा (stripped star) आहे: एका साथीदाराशी झालेल्या आंतरक्रियेत त्याने आपले हायड्रोजनसमृद्ध बाह्य आवरण गमावले आहे. जे उरले आहे ते संक्षिप्त, उष्ण, हायड्रोजनची कमतरता असलेले आहे, आणि त्याच्या केंद्रात हेलियम जळते.

• वस्तुमान: सूर्याच्या सुमारे 3.4 पट, त्याच्या तेजस्वितेवरून अंदाजित, अत्यंत एकांगी त्रुटीमर्यादेसह (2.96 ते 7.72 सौर वस्तुमान).
• त्रिज्या: सूर्याच्या सुमारे 0.77 पट; पृष्ठभागाचे तापमान: सुमारे 71,000 केल्विन; हायड्रोजन: पृष्ठभागाच्या फक्त 10%.

या “मध्यम” वस्तुमानाचे तारे इतके जड असतात की त्यांचा गाभा कोसळून न्यूट्रॉन तारा बनू शकतो, पण कृष्णविवर बनण्याइतके जड नसतात. सध्याच्या प्रतिमानांमध्ये, गुरुत्वीय लहरी उत्सर्जित करत सर्पिल मार्गाने एकत्र येऊन विलीन होण्याइतक्या घट्ट न्यूट्रॉन-ताऱ्यांच्या जोड्या आधी नेमक्या याच टप्प्यातून जातात: सोललेल्या ताऱ्याभोवती फिरणारा न्यूट्रॉन तारा. हा टप्पा आजवर कधीच प्रत्यक्ष पाहिला गेला नव्हता, आणि विलीनीकरणाच्या अंदाजित दरांमध्ये अनेक घातांकांचा (orders of magnitude) फरक आहे.

न चमकणाऱ्या साथीदाराचे वजन करणे

चमूने चिलीतील 6.5 मीटरच्या मॅजेलन दुर्बिणीने 2019 ते 2022 दरम्यान 38 वर्णपट गोळा केले. ताऱ्याच्या वर्णपट रेषा — त्याच्या प्रकाशात नेमक्या रंगांवर दिसणाऱ्या गडद रेषा — तो आपल्याकडे येताना निळ्याकडे आणि दूर जाताना लालकडे सरकतात (डॉप्लर परिणाम); त्यांच्यावरून दिसते की तो आपल्याकडे आणि आपल्यापासून दूर 151.4 किमी/से पर्यंतच्या वेगाने झुलतो, आणि दर 4.1693 तासांनी पूर्ण होणाऱ्या वर्तुळाकार कक्षेत फिरतो.

आवर्तकाल आणि वेग यांवरून वस्तुमान फलन (mass function) मिळते, जे साथीदाराच्या वस्तुमानाचा संबंध ताऱ्याच्या स्वतःच्या वस्तुमानाशी आणि पृथ्वीवरून दिसणाऱ्या कक्षेच्या कलतेशी (तिचा आनती, inclination) जोडते. नेमकी कडेकडून दिसणारी कक्षा, कक्षेला शक्य असलेला सर्वात हलका साथीदार देते; ताऱ्याच्या अनिश्चित वस्तुमानाचा विचार करता, त्या किमान मूल्याचे नमुनेदार मूल्य 1.38 ± 0.25 सौर वस्तुमान आहे, म्हणजे श्वेत बटू गाठू शकणाऱ्या 1.4 च्या अगदी खाली (खाली पाहा). म्हणून केवळ कक्षेवरून श्वेत बटूची शक्यता नाकारता येत नाही.

• सामान्य तारा नाही: इतक्या वस्तुमानाचा तारा इतक्या घट्ट कक्षेत मावण्यासाठी खूपच मोठा असेल.
• दुसरा सोललेला तारा नाही: खऱ्या वर्णपटांमध्ये घुसवलेले बनावट सोललेले साथीदार प्रत्येक वेळी ओळखले गेले, तरीही खऱ्या माहितीत त्यांचा मागमूसही नाही.

जे उरते ते म्हणजे एक संक्षिप्त वस्तू (compact object): श्वेत बटू (हलक्या ताऱ्याचा उरलेला घन गाभा), न्यूट्रॉन तारा किंवा कृष्णविवर.

2.5% डुलण्यावरून 99.4%

18 डिसेंबर 2022 रोजी, ला सिया येथील 3.5 मीटरच्या दुर्बिणीवरील एका जलद कॅमेऱ्याने सुमारे 3.4 तास दर 20 सेकंदांनी DGL-3 चे चित्र घेतले. त्याची तेजस्विता सुमारे 2.5% ने चढते आणि उतरते, प्रत्येक फेरीत दोनदा: साथीदाराचे गुरुत्व ताऱ्याला किंचित ताणून अंड्याचा आकार देते, ज्याची लांब बाजू आपल्याला प्रत्येक फेरीत दोनदा दिसते; हे ताणणे किती, ते साथीदाराच्या वस्तुमानावर आणि आनतीवर अवलंबून असते.

चमूने या प्रकाशवक्राची 5,00,000 प्रतिमाने चालवली, आणि प्रत्येकाला ते माहितीशी किती चांगले जुळते त्यानुसार भार दिला. साथीदाराच्या वस्तुमानासाठी:

• सर्वाधिक संभाव्य मूल्य 1.58 सौर वस्तुमान आहे;
• संभाव्यतेचा फक्त 0.6% भाग 1.4 सौर वस्तुमानांच्या खाली येतो, म्हणजे चंद्रशेखर मर्यादेखाली, जी श्वेत बटूची शक्यता नाकारते: म्हणून साथीदार श्वेत बटू असण्यासाठी खूप जड असण्याची 99.4% संभाव्यता;
• फक्त 3.4% भाग पुष्टी झालेल्या कृष्णविवरांच्या कक्षेत येतो; जड शेपटीचा उरलेला भाग न्यूट्रॉन तारे आणि कृष्णविवरे यांच्यामधील दरीत येतो.

म्हणून न्यूट्रॉन तारा हाच सर्वाधिक संभाव्य साथीदार आहे: ही एक संभाव्यता आहे, पुरावा नाही. क्ष-किरण दुर्बिणींना काहीही आढळले नाही; आपल्या साथीदाराकडून वायू गिळणारा न्यूट्रॉन तारा क्ष-किरणांत चमकेल, पण लेखकांच्या मते ही शांतता, क्षीण ताऱ्यांच्या वाऱ्यावर (stellar wind) पोसल्या जाणाऱ्या न्यूट्रॉन ताऱ्याशी सुसंगत आहे.

संगणकीय प्रतिमानाने लिहिलेले भविष्य

त्यानंतर चमूने MESA या ताऱ्यांच्या उत्क्रांतीच्या कोडद्वारे या प्रणालीची उत्क्रांती चालवली: 3.6 सौर वस्तुमानांचा सोललेला तारा, 1.4 चा न्यूट्रॉन तारा, 4.2 तासांची कक्षा. पुढे येणारे भाकीत आहे, निरीक्षण नाही.

1. तारा आणखी 14 लाख वर्षे आपल्या गाभ्यात हेलियम जाळतो, आणि मग फुगतो. इतक्या घट्ट कक्षेत, फक्त अर्ध्या सौर त्रिज्येने वाढल्याने तो ओसंडून आपल्या साथीदारावर वायू ओततो.
2. 26,000 वर्षांत, 1.2 सौर वस्तुमान अवकाशात निसटते. न्यूट्रॉन तारा फक्त 0.00072 सौर वस्तुमान गिळतो, जे त्याला दर 79 मिलिसेकंदांनी एक फेरी इतके वेगाने फिरवण्यास पुरेसे असते. कक्षा आकुंचन पावून 1.9 तासांची होते.
3. आपला सर्व हायड्रोजन गमावलेल्या ताऱ्याचा सुपरनोव्हा म्हणून स्फोट होतो आणि दुसरा न्यूट्रॉन तारा मागे उरतो. जवळजवळ 800 किमी/से च्या कक्षीय वेगामुळे, केवळ असाधारणपणे मोठा धक्का — स्फोट नव्याने जन्मलेल्या न्यूट्रॉन ताऱ्याला देऊ शकणारा प्रतिक्षेप — ही जोडी तोडू शकेल.
4. स्फोटामुळे सुमारे एक सौर वस्तुमान इतका वायू उडून जातो. 4.4 तासांच्या अधिक रुंद, लांबट कक्षेत दोन न्यूट्रॉन तारे उरतात, आणि 22 कोटी वर्षांनंतर विलीन होतात.

भाकीत कुठे चुकू शकते

लेखकांच्या मते सर्वात कमकुवत दुवा म्हणजे निसटणारा वायू किती कोनीय संवेग, म्हणजे कक्षेची “फिरण्याची मात्रा”, वाहून नेतो. प्रतिमानाच्या सात प्रकारांपैकी एकात, गमावलेला वायू दोन्ही ताऱ्यांभोवती एक चकती बनवतो, आणि दुसऱ्या सुपरनोव्हापूर्वीच जोडी विलीन होते. उरलेल्या सहांमध्ये, दोन न्यूट्रॉन तारे बनतात आणि अखेरीस, 17.5 कोटी ते 7.9 अब्ज वर्षांनंतर, विलीन होतात.

DGL-3 सुमारे 60,600 पारसेक दूर आहे — सुमारे 2,00,000 प्रकाशवर्षे (एक पारसेक म्हणजे सुमारे 3.26 प्रकाशवर्षे). तो 60 ते 600 पट जवळ, म्हणजे 100 ते 1,000 पारसेकच्या आत असता, तर LISA सारख्या कमी वारंवारतेच्या गुरुत्वीय-लहरी वेधशाळांनी तो शोधला असता, असे लेखक नमूद करतात.