உரிக்கப்பட்ட ஒரு விண்மீன், மறைந்திருக்கும் ஒரு துணை, 4.2 மணி நேரச் சுற்றுப்பாதை

பால்வெளிக்கு (Milky Way) வெளியே, சிறிய மெகல்லானிக் மேகத்தில் (Small Magellanic Cloud) உள்ள ஒரு சிறிய, மிகச் சூடான விண்மீன், ஒளி எதையும் வெளியிடாத ஒரு துணையைச் சுற்றி, ஒவ்வொரு 4 மணி 10 நிமிடத்துக்கும் ஒரு சுற்றை நிறைவு செய்கிறது. அதன் பெயர் DGL-3; அதன் மறைந்திருக்கும் துணை பெரும்பாலும் ஒரு நியூட்ரான் விண்மீன் — ஒரு பெருநிறை விண்மீன் வெடிக்கும்போது எஞ்சும், மிக மிக அடர்த்தியான, சுருங்கிய உள்ளகம்.

வெளி அடுக்குகள் உரிக்கப்பட்ட ஒரு விண்மீன்

DGL-3 ஒரு உரிக்கப்பட்ட விண்மீன் (stripped star): ஒரு துணையுடனான இடைவினையில், ஹைட்ரஜன் நிறைந்த தன் வெளி உறையை அது இழந்துவிட்டது. எஞ்சியிருப்பது கச்சிதமானது, சூடானது, ஹைட்ரஜன் குறைந்தது; அது தன் மையத்தில் ஹீலியத்தை எரிக்கிறது.

• நிறை: சுமார் சூரியனைப் போல 3.4 மடங்கு, அதன் ஒளிர்விலிருந்து மதிப்பிடப்பட்டது; மிகவும் ஒருபக்கச் சாய்வான ஒரு பிழை வரம்புடன் (2.96 முதல் 7.72 சூரிய நிறைகள்).
• ஆரம்: சுமார் சூரியனைப் போல 0.77 மடங்கு; மேற்பரப்பு வெப்பநிலை: சுமார் 71,000 கெல்வின்; ஹைட்ரஜன்: அதன் மேற்பரப்பில் வெறும் 10% மட்டுமே.

இத்தகைய “இடைநிலை” (intermediate) நிறை கொண்ட விண்மீன்கள், அவற்றின் உள்ளகம் சுருங்கி ஒரு நியூட்ரான் விண்மீனாக மாறும் அளவுக்குக் கனமானவை; ஆனால் ஒரு கருந்துளையை (black hole) உருவாக்கும் அளவுக்குக் கனமானவை அல்ல. தற்போதைய மாதிரிகளில், ஒன்றிணையும் அளவுக்கு நெருக்கமான நியூட்ரான் விண்மீன் இணைகள் — ஈர்ப்பு அலைகளை (gravitational waves) உமிழ்ந்தபடி சுழன்று நெருங்குபவை — முதலில் சரியாக இந்தக் கட்டத்தைக் கடக்கின்றன: உரிக்கப்பட்ட ஒரு விண்மீனைச் சுற்றும் ஒரு நியூட்ரான் விண்மீன். அந்தக் கட்டம் இதுவரை நேரடியாகக் கவனிக்கப்பட்டதே இல்லை; கணிக்கப்பட்ட ஒன்றிணைவு விகிதங்கள் பல வரிசைப் பருமன்கள் (orders of magnitude) அளவுக்கு வேறுபடுகின்றன.

ஒளிராத ஒரு துணையை எடை போடுதல்

குழுவினர் 2019 முதல் 2022 வரை, சிலியில் உள்ள 6.5 மீட்டர் Magellan தொலைநோக்கியைக் கொண்டு 38 நிறமாலைகளைச் சேகரித்தனர். விண்மீனின் நிறமாலைக் கோடுகள் — அதன் ஒளியில் துல்லியமான நிறங்களில் தோன்றும் இருண்ட கோடுகள் — அது நம்மை நெருங்கும்போது நீலத்தை நோக்கியும், விலகும்போது சிவப்பை நோக்கியும் நகர்கின்றன (டாப்ளர் விளைவு, Doppler effect); ஒவ்வொரு 4.1693 மணி நேரத்துக்கும் நிறைவடையும் ஒரு வட்டச் சுற்றுப்பாதையில், அது நம்மை நோக்கியும் நம்மிடமிருந்து விலகியும் வினாடிக்கு 151.4 கி.மீ. வரையிலான வேகத்தில் ஊசலாடுவதை அவை காட்டுகின்றன.

சுற்றுக்காலமும் வேகமும் சேர்ந்து நிறைச் சார்பைத் (mass function) தருகின்றன; அது துணையின் நிறையை, விண்மீனின் சொந்த நிறையுடனும், பூமியிலிருந்து பார்க்கும்போது சுற்றுப்பாதையின் சாய்வுடனும் (அதன் சாய்வுக் கோணம், inclination) இணைக்கிறது. சரியாக விளிம்புப் பக்கமாகப் பார்க்கப்படும் சுற்றுப்பாதை, அந்தச் சுற்றுப்பாதை அனுமதிக்கும் மிக இலேசான துணையைத் தருகிறது; விண்மீனின் நிச்சயமற்ற நிறையைக் கணக்கில் கொண்டால், அந்தக் குறைந்தபட்சத்தின் வழக்கமான மதிப்பு 1.38 ± 0.25 சூரிய நிறைகள் — ஒரு வெண்குள்ளன் (white dwarf) எட்டக்கூடிய 1.4-க்குச் சற்றுக் குறைவு (கீழே காண்க). எனவே சுற்றுப்பாதை மட்டுமே ஒரு வெண்குள்ளனை விலக்க முடியாது.

• சாதாரண விண்மீன் அல்ல: அவ்வளவு நிறை கொண்ட ஒன்று, இவ்வளவு நெருக்கமான சுற்றுப்பாதைக்குள் அடங்க முடியாத அளவுக்குப் பெரியதாக இருக்கும்.
• இரண்டாவது உரிக்கப்பட்ட விண்மீன் அல்ல: உண்மையான நிறமாலைகளுக்குள் செருகப்பட்ட போலியான உரிக்கப்பட்ட துணைகள் ஒவ்வொரு முறையும் கண்டறியப்பட்டன; ஆனால் உண்மையான தரவுகளில் அத்தகைய சுவடு எதுவும் இல்லை.

எஞ்சியிருப்பது ஒரு கச்சிதப் பொருள் (compact object): ஒரு வெண்குள்ளன் (இலேசான ஒரு விண்மீனின் அடர்த்தியான, எஞ்சிய உள்ளகம்), ஒரு நியூட்ரான் விண்மீன் அல்லது ஒரு கருந்துளை.

2.5% அலைவிலிருந்து 99.4%

2022 டிசம்பர் 18 அன்று, La Silla-வில் உள்ள 3.5 மீட்டர் தொலைநோக்கி ஒன்றில் பொருத்தப்பட்ட வேகமான கேமரா ஒன்று, சுமார் 3.4 மணி நேரம், ஒவ்வொரு 20 வினாடிக்கும் ஒருமுறை DGL-3-ஐப் படம்பிடித்தது. அதன் ஒளிர்வு ஒவ்வொரு சுற்றுக்கும் இருமுறை சுமார் 2.5% ஏறி இறங்குகிறது: துணையின் ஈர்ப்பு விண்மீனைச் சற்றே ஒரு முட்டை வடிவத்துக்கு நீட்டுகிறது; அதன் நீளமான பக்கத்தை நாம் ஒவ்வொரு சுற்றிலும் இருமுறை பார்க்கிறோம்; இந்த நீட்சியின் அளவு, துணையின் நிறையையும் சாய்வுக் கோணத்தையும் பொறுத்தது.

குழுவினர் இந்த ஒளி வளைவின் 500,000 மாதிரிகளை இயக்கி, ஒவ்வொன்றும் தரவுகளுடன் எவ்வளவு நன்றாகப் பொருந்துகிறது என்பதைக் கொண்டு அதற்கு எடை வழங்கினர். துணையின் நிறையைப் பொறுத்தவரை:

• மிக அதிகச் சாத்தியமுள்ள மதிப்பு 1.58 சூரிய நிறைகள்;
• நிகழ்தகவில் வெறும் 0.6% மட்டுமே 1.4 சூரிய நிறைகளுக்குக் கீழே உள்ளது — வெண்குள்ளனை விலக்கும் சந்திரசேகர் வரம்பு (Chandrasekhar limit) அதுவே: எனவே, துணை ஒரு வெண்குள்ளனாக இருக்க முடியாத அளவுக்கு நிறை மிக்கது என்பதற்கு 99.4% நிகழ்தகவு;
• வெறும் 3.4% மட்டுமே உறுதிசெய்யப்பட்ட கருந்துளைகளின் வரம்பில் உள்ளது; கனமான பக்கத்து வாலின் எஞ்சிய பகுதி, நியூட்ரான் விண்மீன்களுக்கும் கருந்துளைகளுக்கும் இடையிலான இடைவெளியில் விழுகிறது.

எனவே நியூட்ரான் விண்மீனே மிக அதிகச் சாத்தியமுள்ள துணை: இது ஒரு நிகழ்தகவு, நிரூபணம் அல்ல. எக்ஸ்-கதிர் தொலைநோக்கிகள் எதையும் கண்டறியவில்லை; தன் துணையிடமிருந்து வாயுவை விழுங்கும் ஒரு நியூட்ரான் விண்மீன் எக்ஸ்-கதிர்களில் ஒளிரும்; ஆனால் வலுவற்ற ஒரு விண்மீன் காற்றால் (stellar wind) ஊட்டப்படும் நியூட்ரான் விண்மீனுடன் இந்த அமைதி பொருந்துவதாக ஆசிரியர்கள் காண்கின்றனர்.

ஒரு கணினி மாதிரி எழுதிய எதிர்காலம்

பின்னர் குழுவினர், விண்மீன் பரிணாமக் கணிப்பு நிரலான MESA-வைக் கொண்டு அந்த அமைப்பைப் பரிணமிக்கச் செய்தனர்: 3.6 சூரிய நிறைகள் கொண்ட உரிக்கப்பட்ட விண்மீன், 1.4 கொண்ட நியூட்ரான் விண்மீன், 4.2 மணி நேரச் சுற்றுப்பாதை. தொடர்ந்து வருவது ஒரு கணிப்பு, கவனிப்பு அல்ல.

1. விண்மீன் தன் உள்ளகத்தில் இன்னும் 1.4 மில்லியன் ஆண்டுகள் ஹீலியத்தை எரிக்கிறது, பின்னர் வீங்குகிறது. இவ்வளவு நெருக்கமான சுற்றுப்பாதையில், வெறும் அரை சூரிய ஆரம் வளர்வதே, அது நிரம்பி வழிந்து தன் துணையின் மீது வாயுவைக் கொட்டப் போதுமானது.
2. 26,000 ஆண்டுகளில், 1.2 சூரிய நிறைகள் விண்வெளிக்குத் தப்பிச் செல்கின்றன. நியூட்ரான் விண்மீன் வெறும் 0.00072 சூரிய நிறைகளை மட்டுமே விழுங்குகிறது — அதை 79 மில்லி வினாடிக்கு ஒரு சுற்று என்ற வேகத்தில் சுழல வைக்க அது போதுமானது. சுற்றுப்பாதை 1.9 மணி நேரமாகச் சுருங்குகிறது.
3. தன் ஹைட்ரஜன் முழுவதும் உரிக்கப்பட்ட நிலையில், விண்மீன் ஒரு சூப்பர்நோவாவாக (supernova) வெடித்து, இரண்டாவது நியூட்ரான் விண்மீனை விட்டுச் செல்கிறது. ஏறக்குறைய வினாடிக்கு 800 கி.மீ. சுற்றுப்பாதை வேகம் இருப்பதால், வழக்கத்துக்கு மாறாகப் பெரிய ஓர் உதை (kick) — வெடிப்பு புதிதாகப் பிறந்த நியூட்ரான் விண்மீனுக்குக் கொடுக்கக்கூடிய ஒரு பின்னுதைப்பு — மட்டுமே அந்த இணையைப் பிரிக்க முடியும்.
4. வெடிப்பு சுமார் ஒரு சூரிய நிறை அளவு வாயுவை ஊதித் தள்ளுகிறது. அகலமான, நீள்வட்டமான 4.4 மணி நேரச் சுற்றுப்பாதையில் இரண்டு நியூட்ரான் விண்மீன்கள் எஞ்சுகின்றன; அவை 220 மில்லியன் ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு ஒன்றிணைகின்றன.

கணிப்பு எங்கே தவறக்கூடும்

ஆசிரியர்களின் கூற்றுப்படி, மிகப் பலவீனமான கண்ணி, தப்பிச் செல்லும் வாயு எவ்வளவு கோண உந்தத்தை (angular momentum) — சுற்றுப்பாதையின் “சுழற்சியின் அளவை” — எடுத்துச் செல்கிறது என்பதுதான். ஏழு மாதிரி வகைகளில் ஒன்றில், இழக்கப்பட்ட வாயு இரண்டு விண்மீன்களையும் சுற்றி ஒரு வட்டை உருவாக்குகிறது; அந்த இணை இரண்டாவது சூப்பர்நோவாவுக்கு முன்பே ஒன்றிணைகிறது. மற்ற ஆறிலும், இரண்டு நியூட்ரான் விண்மீன்கள் உருவாகி, இறுதியில் 175 மில்லியன் முதல் 7.9 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு ஒன்றிணைகின்றன.

DGL-3 சுமார் 60,600 பார்செக் (parsec) தொலைவில் உள்ளது — ஏறக்குறைய 200,000 ஒளியாண்டுகள் (ஒரு பார்செக் என்பது சுமார் 3.26 ஒளியாண்டுகள்). அது 60 முதல் 600 மடங்கு அருகில், அதாவது 100 முதல் 1,000 பார்செக்குகளுக்குள் இருந்திருந்தால், LISA போன்ற குறைந்த அதிர்வெண் ஈர்ப்பு அலை ஆய்வகங்கள் அதைக் கண்டறிந்திருக்கும் என்று ஆசிரியர்கள் குறிப்பிடுகின்றனர்.