1991 मधील एक गॅमा-किरण झोत मॅग्नेटारसारखा नादतो

11 जुलै 1991 रोजी Compton Gamma Ray Observatory वरील BATSE या उपकरणाने गॅमा किरणांचा एक झोत नोंदवला. GRB 910711 ची नोंद या मोहिमेने पाहिलेला सर्वांत लहान स्फोट (burst) म्हणून झाली: सुमारे 10 मिलिसेकंदांचे एक तेजस्वी शिखर, मग 100 ते 200 मिलिसेकंदांची एक मंद शेपूट. 2023 मध्ये 724 लघु स्फोटांच्या एका विश्लेषणाने त्याला किलोहर्ट्झ दोलनांचा (kilohertz oscillations) — प्रति सेकंद हजारो वेळा वाढणारी आणि घटणारी प्रखरता — सर्वांत भक्कम दावेदार ठरवले, आणि या दोलनांचा अर्थ विलीनीकरणानंतर उरलेल्या एका “अतिवस्तुमानी” (hypermassive) न्यूट्रॉन ताऱ्याच्या हालचाली असा लावला.

एका लहान झोतासाठी दोन संशयित

लघु गॅमा-किरण स्फोटांचे दोन संभाव्य स्रोत आहेत: घन ताऱ्यांचे विलीनीकरण (merger), किंवा मॅग्नेटारचा महाकाय स्फोट (giant flare) — मॅग्नेटार म्हणजे अतिप्रचंड चुंबकीय क्षेत्र असलेला न्यूट्रॉन तारा. इतर आकाशगंगांमधील काही महाकाय स्फोट कालावधीत आणि त्यांच्या प्रकाशाच्या ऊर्जेत विलीनीकरणाच्या स्फोटांसारखे दिसतात; आकाशातील नेमके स्थान माहीत नसेल, तर दोघांमधील फरक ओळखणे अवघड जाते. GRB 910711 च्या स्थानात सुमारे 6 अंशांची अनिश्चितता आहे.

Run-Chao Chen आणि Bin-Bin Zhang (Nanjing University), Ore Gottlieb (Massachusetts Institute of Technology) आणि आणखी पाच सहकाऱ्यांनी विलीनीकरणाच्या अर्थलावणीतील एका विसंगतीपासून सुरुवात केली.

स्पंदन वाहून नेण्यासाठी फारच कठोर प्रकाश

GRB 910711 चा वर्णपट कृष्णिका (blackbody) प्रारणाशी — उष्ण, अपारदर्शक वस्तूच्या दीप्तीशी — जवळजवळ तितकाच चांगला जुळतो, जितका विलीनीकरणाच्या स्फोटांना सहसा बसवल्या जाणाऱ्या आकाराशी. त्या दुसऱ्या आकाराने तो विलक्षण “कठोर” (hard) ठरतो — म्हणजे उच्च-ऊर्जा फोटॉनकडे झुकलेला — BATSE ने मोजलेल्या स्फोटांच्या अगदी टोकाला.

स्वाभाविक उपाय: प्रकाशावरणातून (photosphere) — ज्या थरातून अपारदर्शक ढग आपला प्रकाश बाहेर सोडतो, त्यातून — बाहेर पडणारा प्रकाश. पण तिथे प्रकाश मध्यवर्ती इंजिनपासून खूप दूर, अनेक वेळा विखुरला गेल्यानंतर बाहेर येतो. केंद्रातील न्यूट्रॉन ताऱ्याने ठरवलेले किलोहर्ट्झ स्पंदन हा प्रवास टिकवून ठेवण्यासाठी, किंवा बाहेर पडताना पुन्हा घडण्यासाठी, एखाद्या जादा यंत्रणेची गरज भासेल.

एका ज्ञात स्फोटाचे मंद जुळे भावंड

त्यांचा मानदंड आहे GRB 200415A, 15 एप्रिल 2020 रोजी नोंदवलेला: 3.5 मेगापार्सेक अंतरावरील NGC 253 या जवळच्या आकाशगंगेतून आलेला मॅग्नेटारचा महाकाय स्फोट — मेगापार्सेक हे आकाशगंगांमधील अंतरांसाठी खगोलशास्त्रज्ञांचे एकक आहे.

शिखरांवर जुळवल्यावर दोन्ही प्रकाश-वक्र सारखे दिसतात: तेच 10 मिलिसेकंदांचे शिखर, तीच अधिक दुर्बल शेपूट, आणि 1991 मध्ये सुमारे 90 मायक्रोसेकंद — सेकंदाचे दशलक्षांश भाग — तर 2020 मध्ये 65 मायक्रोसेकंद इतकी अल्पकालीन वैशिष्ट्ये. 2020 च्या स्फोटाचे एक प्रतिरूप फक्त मंद केले — जणू तो आणखी दूर घडला असावा — तर ते 1991 च्या स्फोटाचा आकार हुबेहूब साकारते. लेखक भर देतात की हे केवळ एक उदाहरण आहे, अंतराचे मोजमाप नव्हे.

सुमारे 360 हर्ट्झचे उपस्वर

शिखराच्या आत संघाला 1991 च्या स्फोटात 360 हर्ट्झवर — प्रति सेकंद 360 वेळा — एक उंचवटा आढळतो, आणि 2020 मध्ये 350 हर्ट्झवर. 10 मिलिसेकंदांच्या कालावधीत सुमारे 100 हर्ट्झपेक्षा जवळच्या वारंवारता वेगळ्या ओळखता येत नाहीत: त्यामुळे हे दोन उंचवटे वेगळे सांगता येत नाहीत.

लय विरुद्ध काळ अशा नकाशांमध्ये 360 हर्ट्झच्या पूर्ण पटींवर शिखरे उजळताना दिसतात, एकाच सुराच्या उपस्वरांसारखी (overtones): GRB 910711 मध्ये 360 च्या 1, 3, 5, 6 आणि 11 पट; GRB 200415A मध्ये 2, 4, 6 आणि 12 पट. दोघांमध्ये सहावा उपस्वर समान आहे, सुमारे 2,160 हर्ट्झ, जो 2020 च्या स्फोटात आधीच नोंदवलेल्या एका दोलनाच्या जवळ आहे.

बायस्पेक्ट्रम (bispectrum) दोलने एकमेकांशी जोडलेली आहेत का ते तपासतो: जोडलेली दोलने त्यांच्या वारंवारतांच्या बेरजेवर शक्ती निर्माण करतात. 2020 च्या स्फोटात 4,320 हर्ट्झचा घटक 2,160 हर्ट्झवरील दोन जोडलेल्या घटकांशी जुळतो, आणि ते घटक स्वतः 720 व 1,440 हर्ट्झच्या जोडणीशी जुळतात.

100,000 बनावट स्फोट

योगायोगाची शक्यता तपासण्यासाठी संघाने प्रत्येक स्फोटासाठी 100,000 बनावट प्रकाश-वक्र तयार केले — शिखराचा आकार आणि फोटॉन-मोजणीचा गोंगाट (noise) तोच, पण कोणतेही दोलन नाही. 360 हर्ट्झचा उंचवटा GRB 910711 साठी त्यांपैकी सुमारे 5% मध्ये, आणि GRB 200415A साठी 0.1% मध्ये, किमान तितकाच प्रबळ आला. बनावट वक्रांमध्ये आधीच नोंदवलेली किलोहर्ट्झ दोलने आणि अधिक वास्तववादी पार्श्वभूमीचा गोंगाटही घातला, तेव्हा हे आकडे 15.5% आणि 33.4% पर्यंत वाढले: एकटा पाहिल्यास हा कमी वारंवारतेचा उंचवटा आता तितका अनपेक्षित राहत नाही.

उपस्वरांची चाचणी फक्त दोलनरहित बनावट वक्रांविरुद्धच झाली, आणि तिथे ते टिकून राहतात. मूळ वारंवारतेतील छोटासा फरक प्रत्येक उपस्वरावर गुणला जातो, म्हणून हा आकृतिबंध तिची चाचणी एकट्या उंचवट्यापेक्षा अधिक बारकाईने करतो. 260 ते 460 हर्ट्झ असा शोध घेतल्यावर दोन्ही स्फोट सुमारे 360 हर्ट्झला पसंती देतात; बनावट वक्र तसे करत नाहीत. दोलनरहित बनावट वक्रांच्या तुलनेत, जोडण्यांची एकत्रित ताकद GRB 910711 साठी 10,000 पैकी फक्त 1.3 वेळा, आणि GRB 200415A साठी 4.5 वेळा गाठली गेली.

सतरा संभाव्य आकाशगंगा

ज्ञात विलीनीकरण-स्फोटांच्या तुलनेत, GRB 910711 कोणत्याही अंतरावर त्याच्या प्रकाशाच्या ऊर्जेच्या मानाने फारच मंद ठरेल. महाकाय स्फोट म्हणून मात्र तो बसतो, जर तो सुमारे 55 मेगापार्सेकच्या आत असेल — NGC 253 पेक्षा सुमारे 16 पट दूर. त्या पल्ल्यात आणि आकाशातील त्याच्या भागात संघाने 17 आकाशगंगांची यादी केली आहे; त्यांतील सर्वांत जवळची सुमारे 9.1 मेगापार्सेकवर आहे, आणि सर्व मुख्यतः ताऱ्यांची निर्मिती चालू असलेल्या आकाशगंगा म्हणून वर्गीकृत आहेत. ही अर्थलावणी टिकली, तर BATSE ने 1991 मध्येच दुसऱ्या आकाशगंगेतील आपला पहिला महाकाय स्फोट टिपला होता.

360 हर्ट्झवर काय नादू शकते

आपल्या आकाशगंगेतील महाकाय स्फोटांमध्ये वेगवान दोलने शिखरात नव्हे, तर विरत जाणाऱ्या शेपटांमध्ये दिसली; त्यांपैकी एक, सुमारे 625 हर्ट्झवरील, ताऱ्याच्या कवचाच्या कंपनाला श्रेय दिले गेले. काही गृहीतकांखाली असे कंपन 360 हर्ट्झच्या जवळ येऊ शकते, पण ते प्रत्येक ताऱ्याच्या अंतर्भागावर आणि चुंबकीय क्षेत्रावर अवलंबून असते: दोन मॅग्नेटारमध्ये ते समान असणे हा योगायोग ठरेल. अधिक अनुमानात्मक शक्यता म्हणजे गाभ्यात खोलवर, जिथे अणुकेंद्रीय द्रव्य क्वार्क द्रव्यात (quark matter) रूपांतरित होते, त्या सीमेवरील कंपन: त्याची वारंवारता, 100 ते 1,000 हर्ट्झ दरम्यान, मुख्यतः अणुकेंद्रीय भौतिकशास्त्रावर अवलंबून असते, ताऱ्याच्या वस्तुमानावर फारशी नाही. असे कोणतेही कंपन शिखराच्या प्रकाशाला कसा आकार देईल, हे अनिश्चितच आहे.

केवळ गॅमा किरणांत ऐकू आलेले स्पंदन

लेखक लिहितात की हे निष्कर्ष मॅग्नेटार उगमाची “एकमेव शक्यता म्हणून प्रस्थापना करत नाहीत” (do not uniquely establish), पण त्याला “अधिक काटकसरी अर्थलावणी” (the more economical interpretation) बनवतात: विलीनीकरणाला कठोर वर्णपट, प्रकाशावरण पार करणारे स्पंदन, 2020 च्या स्फोटाशी असलेले साम्य आणि समान उपस्वर — हे सर्व एकाच वेळी स्पष्ट करावे लागतील. भविष्यातील लघु स्फोटांमध्ये असे उपस्वर आढळले, तर केवळ गॅमा किरणांच्या आधारेच स्फोट आणि विलीनीकरण यांतील फरक ओळखायला मदत होऊ शकेल — पाठपुराव्याची निरीक्षणे वेळेत आखता येतील इतक्या लवकर. GRB 910711 कडे उरतात आकाशातील 6 अंशांचा एक भाग, 17 संभाव्य आकाशगंगा, आणि 360 हर्ट्झजवळचे एक स्पंदन.