1991-இன் ஒரு காமா கதிர் வெடிப்பு ஒரு மேக்னட்டாரைப் போல ஒலிக்கிறது

1991 ஜூலை 11 அன்று, காம்ப்டன் காமா கதிர் ஆய்வகத்தில் (Compton Gamma Ray Observatory) இருந்த BATSE கருவி காமா கதிர்களின் ஒரு வெடிப்பைப் பதிவுசெய்தது. அந்தத் திட்டம் கண்டதிலேயே மிகக் குறுகிய வெடிப்பாக GRB 910711 அறிவிக்கப்பட்டது: சுமார் 10 மில்லிவினாடி ஒளிரும் உச்சம், அதன்பின் 100 முதல் 200 மில்லிவினாடி மங்கிய வால். 2023-இல், 724 குறுகிய வெடிப்புகளின் பகுப்பாய்வு அதைக் கிலோஹெர்ட்ஸ் அலைவுகளுக்கான (kilohertz oscillations) — வினாடிக்கு ஆயிரக்கணக்கான முறை கூடிக் குறையும் ஒளிர்வுக்கான — வலுவான வேட்பாளராக்கியது; அவை ஓர் இணைவு விட்டுச்சென்ற “மிகைநிறை” (hypermassive) நியூட்ரான் நட்சத்திரத்தின் இயக்கங்களாக வாசிக்கப்பட்டன.

ஒரு குறுகிய வெடிப்புக்கு இரண்டு சந்தேக நபர்கள்

குறுகிய காமா கதிர் வெடிப்புகளுக்கு இரண்டு சாத்தியமான மூலங்கள் உள்ளன: அடர் நட்சத்திரங்களின் இணைவு (merger), அல்லது மிகமிக வலுவான காந்தப்புலம் கொண்ட நியூட்ரான் நட்சத்திரமான ஒரு மேக்னட்டாரின் மாபெரும் சீற்றம் (magnetar giant flare). பிற விண்மீன் பேரடைகளிலிருந்து வரும் சில மாபெரும் சீற்றங்கள், கால அளவிலும் அவற்றின் ஒளியின் ஆற்றலிலும் இணைவு வெடிப்புகளை ஒத்திருக்கின்றன; வானில் துல்லியமான இருப்பிடம் இல்லாமல், இரண்டையும் பிரித்தறிவது கடினம். GRB 910711-இன் இருப்பிடத்தில் சுமார் 6 பாகை நிச்சயமின்மை உள்ளது.

Run-Chao Chen, Bin-Bin Zhang (நான்ஜிங் பல்கலைக்கழகம்), Ore Gottlieb (மாசசூசெட்ஸ் தொழில்நுட்ப நிறுவனம்) மற்றும் ஐந்து சக ஆய்வாளர்கள், இணைவு விளக்கத்திலுள்ள ஒரு முரணிலிருந்து தொடங்கினர்.

துடிப்பைச் சுமக்க முடியாத அளவுக்குக் கடின ஒளி

GRB 910711-இன் நிறமாலை, இணைவு வெடிப்புகளுக்கு வழக்கமாகப் பொருத்தப்படும் வடிவத்துக்குப் பொருந்தும் அளவுக்கே, ஒரு கரும்பொருளுக்கும் (blackbody) — சூடான, ஒளிபுகாப் பொருளின் ஒளிர்வுக்கும் — பொருந்துகிறது. அந்த இரண்டாவது வடிவத்துடன், அது வழக்கத்துக்கு மாறாகக் “கடினமாக” (hard) — உயர் ஆற்றல் ஃபோட்டான்களை நோக்கிச் சாய்ந்ததாக — வெளிப்படுகிறது; BATSE அளந்த வெடிப்புகளின் உச்ச எல்லையில்.

இயல்பான தீர்வு: ஒரு ஒளிக்கோளத்திலிருந்து (photosphere) — ஒளிபுகா மேகம் தன் ஒளியை விடுவிக்கும் அடுக்கிலிருந்து — வெளிப்படும் ஒளி. ஆனால் அங்கே, ஒளி மைய இயந்திரத்திலிருந்து வெகு தொலைவில், பல சிதறல்களுக்குப் பிறகு வெளிவருகிறது. மையத்திலுள்ள ஒரு நியூட்ரான் நட்சத்திரம் அமைக்கும் கிலோஹெர்ட்ஸ் துடிப்பு அந்தப் பயணத்தில் தப்பிப் பிழைக்கவோ, வெளியேறும் வழியில் மீண்டும் கட்டமைக்கப்படவோ, கூடுதலான ஒரு பொறிமுறை தேவைப்படும்.

அறியப்பட்ட ஒரு சீற்றத்தின் மங்கிய இரட்டை

அவர்களுடைய ஒப்பீட்டு அளவுகோல் GRB 200415A, 2020 ஏப்ரல் 15 அன்று பதிவுசெய்யப்பட்டது: 3.5 மெகாபார்செக் தொலைவிலுள்ள அருகிலுள்ள NGC 253 விண்மீன் பேரடையிலிருந்து வந்த ஒரு மேக்னட்டார் மாபெரும் சீற்றம் — மெகாபார்செக் என்பது விண்மீன் பேரடைகளுக்கு இடையிலான தொலைவுகளுக்கு வானியலாளர்கள் பயன்படுத்தும் அலகு.

உச்சங்களின் மீது சீரமைக்கப்பட்டால், இரண்டு ஒளி வளைவுகளும் ஒன்றுபோலத் தோன்றுகின்றன: அதே 10 மில்லிவினாடி உச்சம், அதே வலுக்குறைந்த வால், 1991-இல் சுமார் 90 மைக்ரோவினாடி — வினாடியின் மில்லியனில் ஒரு பங்கு — 2020-இல் 65 என்ற அளவுக்குக் குறுகிய அம்சங்கள். இன்னும் தொலைவில் வெடித்ததுபோல வெறுமனே மங்கலாக்கப்பட்ட 2020 சீற்றத்தின் ஒரு மாதிரி, 1991 வெடிப்பின் வடிவத்தை மீண்டும் உருவாக்குகிறது. இது ஓர் எடுத்துக்காட்டு மட்டுமே, தொலைவு அளவீடு அல்ல என்று ஆசிரியர்கள் வலியுறுத்துகிறார்கள்.

சுமார் 360 ஹெர்ட்ஸின் மேல்சுரங்கள்

உச்சத்துக்குள், 1991 வெடிப்பில் 360 ஹெர்ட்ஸில் — வினாடிக்கு 360 முறை — ஒரு புடைப்பையும், 2020-இல் 350 ஹெர்ட்ஸில் ஒரு புடைப்பையும் குழு கண்டறிகிறது. 10 மில்லிவினாடிகளில், சுமார் 100 ஹெர்ட்ஸுக்கும் நெருக்கமான அதிர்வெண்களைப் பிரித்தறிய முடியாது: இரண்டு புடைப்புகளும் வேறுபடுத்த முடியாதவை.

நேரத்துக்கு எதிரான தாள வரைபடங்கள், ஒரே ஸ்வரத்தின் மேல்சுரங்களைப் போல, 360 ஹெர்ட்ஸின் முழு மடங்குகளில் ஒளிரும் உச்சங்களைக் காட்டுகின்றன: GRB 910711-இல் 360-இன் 1, 3, 5, 6, 11 மடங்குகள்; GRB 200415A-இல் 2, 4, 6, 12 மடங்குகள். இரண்டும் ஆறாவதை — சுமார் 2,160 ஹெர்ட்ஸ் — பகிர்கின்றன; இது 2020 சீற்றத்தில் ஏற்கெனவே அறிவிக்கப்பட்ட ஓர் அலைவுக்கு அருகில் உள்ளது.

இருநிறமாலை (bispectrum), அலைவுகள் பிணைந்துள்ளனவா என்பதைச் சோதிக்கிறது: பிணைந்த அலைவுகள் அவற்றின் அதிர்வெண்களின் கூட்டுத்தொகையில் திறனை உருவாக்குகின்றன. 2020 சீற்றத்தில், 4,320 ஹெர்ட்ஸ் கூறு 2,160 ஹெர்ட்ஸிலுள்ள இரண்டு பிணைந்த கூறுகளுடன் பொருந்துகிறது; அவையோ பிணைந்த 720, 1,440 ஹெர்ட்ஸுடன் பொருந்துகின்றன.

100,000 போலி வெடிப்புகள்

தற்செயலைச் சோதிக்க, ஒவ்வொரு வெடிப்புக்கும், அதே உச்ச வடிவமும் ஃபோட்டான் எண்ணிக்கை இரைச்சலும் கொண்ட, ஆனால் அலைவு இல்லாத 100,000 போலி ஒளி வளைவுகளைக் குழு உருவாக்கியது. 360 ஹெர்ட்ஸ் புடைப்பு, GRB 910711-க்கு அவற்றில் சுமார் 5%-இலும், GRB 200415A-க்கு 0.1%-இலும் குறைந்தது அதே வலிமையுடன் தோன்றியது. போலிகள் ஏற்கெனவே அறிவிக்கப்பட்ட கிலோஹெர்ட்ஸ் அலைவுகளையும் மேலும் யதார்த்தமான பின்னணி இரைச்சலையும் கொண்டிருந்தபோது, அந்த எண்ணிக்கைகள் 15.5%, 33.4% என உயர்ந்தன: தனியாகப் பார்த்தால், தாழ்ந்த புடைப்பு அவ்வளவு எதிர்பாராததாக இல்லை.

மேல்சுரங்கள் அலைவுகள் இல்லாத போலிகளுக்கு எதிராக மட்டுமே சோதிக்கப்பட்டன; அங்கே அவை உறுதியாக நிற்கின்றன. அடிப்படை அதிர்வெண்ணிலுள்ள சிறிய வேறுபாடு ஒவ்வொரு மேல்சுரத்திலும் பெருகுகிறது; எனவே இந்த அமைப்பு, புடைப்பு மட்டும் செய்வதைவிட அதை மிக நுணுக்கமாகச் சோதிக்கிறது. 260 முதல் 460 ஹெர்ட்ஸ் வரை வருடியபோது, இரண்டு வெடிப்புகளும் சுமார் 360 ஹெர்ட்ஸையே விரும்புகின்றன; போலிகள் அப்படிச் செய்வதில்லை. அலைவுகள் இல்லாத போலிகளுக்கு எதிராக, பிணைப்புகளின் ஒருங்கிணைந்த வலிமை GRB 910711-க்கு 10,000-இல் 1.3 முறையும், GRB 200415A-க்கு 4.5 முறையும் மட்டுமே எட்டப்பட்டது.

பதினேழு வேட்பாளர் விண்மீன் பேரடைகள்

எந்தத் தொலைவில் இருந்தாலும், அறியப்பட்ட இணைவு வெடிப்புகளோடு ஒப்பிடுகையில், GRB 910711 அதன் ஒளியின் ஆற்றலுக்கு மிகவும் மங்கலாக இருக்கும். ஒரு மாபெரும் சீற்றமாக அது பொருந்துகிறது — சுமார் 55 மெகாபார்செக்குக்குள், அதாவது NGC 253-ஐவிட ஏறக்குறைய 16 மடங்கு தொலைவுக்குள், இருந்தால். அந்த வரம்பிலும் வானின் அந்தப் பகுதியிலும், குழு 17 விண்மீன் பேரடைகளைப் பட்டியலிடுகிறது; அருகிலுள்ளது சுமார் 9.1 மெகாபார்செக்கில்; அனைத்தும் பெரும்பாலும் நட்சத்திரங்களை உருவாக்குபவையாக வகைப்படுத்தப்பட்டவை. இந்த விளக்கம் நிலைத்தால், BATSE 1991-இலேயே மற்றொரு விண்மீன் பேரடையிலிருந்து தன் முதல் மாபெரும் சீற்றத்தைப் பிடித்திருக்கிறது.

360 ஹெர்ட்ஸில் எது ஒலிக்கக்கூடும்

நம் பால்வழியின் மாபெரும் சீற்றங்களில், வேகமான அலைவுகள் உச்சத்தில் அல்ல, மங்கும் வால்களில்தான் தோன்றின; அவற்றில் ஒன்று, சுமார் 625 ஹெர்ட்ஸில், நட்சத்திரத்தின் மேலோட்டின் அதிர்வுக்குக் காரணமாக்கப்பட்டது. சில அனுமானங்களின் கீழ் அது 360 ஹெர்ட்ஸுக்கு அருகில் விழக்கூடும்; ஆனால் அது ஒவ்வொரு நட்சத்திரத்தின் உட்பகுதியையும் காந்தப்புலத்தையும் பொறுத்தது: இரண்டு மேக்னட்டார்கள் அதைப் பகிர்வது தற்செயலாகவே இருக்கும். மேலும் ஊகமானது, மையத்தின் ஆழத்தில் அணுக்கருப் பொருள் குவார்க் பொருளாக (quark matter) மாறும் எல்லையிலான ஓர் அதிர்வு: அதன் அதிர்வெண், 100 முதல் 1,000 ஹெர்ட்ஸ் வரை, பெரும்பாலும் அணுக்கரு இயற்பியலைப் பொறுத்தது, நட்சத்திரத்தின் நிறையைச் சிறிதளவே. அத்தகைய எந்த அதிர்வும் உச்சத்தின் ஒளியை எப்படி வடிவமைக்கும் என்பது நிச்சயமற்றதாகவே உள்ளது.

காமா கதிர்களில் மட்டுமே கேட்ட ஒரு துடிப்பு

முடிவுகள் மேக்னட்டார் தோற்றத்தை “தனித்து நிறுவவில்லை” என்று ஆசிரியர்கள் எழுதுகிறார்கள்; ஆனால் அதை “சிக்கனமான விளக்கமாக” ஆக்குகின்றன: ஓர் இணைவு, கடின நிறமாலையையும், ஒளிக்கோளத்தைக் கடக்கும் துடிப்பையும், 2020 சீற்றத்துடனான ஒற்றுமையையும், பகிரப்பட்ட மேல்சுரங்களையும் ஒரே நேரத்தில் விளக்க வேண்டும். இத்தகைய மேல்சுரங்கள் எதிர்காலக் குறுகிய வெடிப்புகளில் தென்பட்டால், காமா கதிர்கள் மட்டுமே சீற்றங்களை இணைவுகளிலிருந்து பிரித்தறிய உதவக்கூடும் — பின்தொடர் நோக்கீடுகளைத் திட்டமிட நேரம் இருக்கும்போதே. GRB 910711-இடம் 6 பாகை வானப் பகுதி ஒன்றும், 17 வேட்பாளர் விண்மீன் பேரடைகளும், 360 ஹெர்ட்ஸுக்கு அருகில் ஒரு துடிப்பும் எஞ்சியிருக்கின்றன.