ఇంతవరకు చూసిన అత్యంత సాగిన కక్ష్యలో రెండు మృత నక్షత్రాలు

న్యూట్రాన్ నక్షత్రాల జంటలు — భారీ నక్షత్రాలు వదిలిన కుప్పకూలిన కేంద్రాలు — ఒకదాని చుట్టూ ఒకటి తిరుగుతూ, గురుత్వ తరంగాల రూపంలో నెమ్మదిగా శక్తిని కోల్పోతాయి. మొదటిది 1974లో కనుగొన్నారు (PSR B1913+16), నేడు 30కి పైగా తెలుసు. కొన్ని చివరికి విలీనమై, LIGO గుర్తించిన GW170817, GW190425 వంటి సంఘటనలను సృష్టిస్తాయి. పాలపుంతలో అలాంటి జంటలు ఎన్ని నిలిచి ఉన్నాయి, ఏ కక్ష్యల్లో ఉన్నాయి అనేవి గురుత్వ-తరంగ ఖగోళశాస్త్రానికి, జంట నక్షత్రాలు ఎలా పరిణామం చెందుతాయనే కథకు ప్రాథమిక ప్రశ్నలు.

రికార్డు కక్ష్య

PSR J0653+0443 ఒక పల్సార్ — రేడియో కిరణం లైట్‌హౌస్‌లా భూమిని దాటుకుంటూ వెళ్లే న్యూట్రాన్ నక్షత్రం — ఇది ప్రతి 47.5 మిల్లీసెకన్లకు ఒకసారి తిరుగుతుంది. దీన్ని మొదట చైనాకు చెందిన ఐదువందల మీటర్ల ఎపర్చర్ గోళాకార రేడియో టెలిస్కోప్ (FAST) 2022 నవంబర్ 20న గుర్తించింది, ఇది గెలాక్సీలోని పెర్సియస్ బాహువులో సుమారు 1 కిలోపార్సెక్ (సుమారు 3,000 కాంతి సంవత్సరాలు) దూరంలో ఉంది.

రెండు సంవత్సరాలకు పైగా దాని స్పందనల సమయాన్ని కొలిచి, చైనా జాతీయ ఖగోళ వేధశాలలు, భాగస్వామ్య విశ్వవిద్యాలయాలకు చెందిన Z. L. Yang, J. L. Han, సహచరులు అది మరో న్యూట్రాన్ నక్షత్రం చుట్టూ తిరుగుతోందని కనుగొన్నారు. ద్రవ్యరాశులు: పల్సార్‌కు 1.38 సౌర ద్రవ్యరాశులు, దాని సహచరుడికి 1.44.

కక్ష్య అసాధారణమైనది:

• 79.084 రోజుల ఆవర్తనం, తెలిసిన అన్ని జంట న్యూట్రాన్ నక్షత్రాలలో అత్యంత పొడవైనది;
• 0.99238692 ఉత్కేంద్రత (వృత్తానికి 0, దాదాపు తెరిచిన వక్రంగా సాగిన కక్ష్యకు 1కి దగ్గర) — ఏ నక్షత్ర జంటకైనా ఇంతవరకు కొలిచిన అత్యధికం; పాత రికార్డు, ఒక సాధారణ జంట నక్షత్రానికి, 0.985;
• సహచరుడి ఒక వైపు నుంచి మరో వైపుకు వెళ్లడానికి కేవలం 46 నిమిషాలు, 79 రోజుల్లో ఎక్కువ భాగం దూరంగా గడుపుతుంది;
• అత్యంత దగ్గరగా వచ్చినప్పుడు, 0.83 సౌర వ్యాసార్ధాల ఎడం — సుమారు 5,80,000 కి.మీ., సూర్యుడి సొంత వ్యాసార్ధం కంటే తక్కువ — సెకనుకు 1,140 కిలోమీటర్ల సాపేక్ష వేగం, తెలిసిన ఏ జంట న్యూట్రాన్ నక్షత్రంలోనైనా అత్యధికం.

FAST ఒక కదలని డిష్: దానికి పైనున్న ఆకాశపు ఒక పట్టీనే అది చూస్తుంది, అత్యంత దగ్గరి సమీపం ప్రతిసారీ ఆ పట్టీలోకి రాదు. 2025, 2028 మధ్య, కేవలం రెండు దాటుడులు మాత్రమే దాని దృష్టిలోకి వస్తాయి: 2025 ఫిబ్రవరి 19, 2027 ఏప్రిల్ 21. బృందం మొదటిదాన్ని రెండు గంటలపాటు, నిమిషానికి ఒక కొలతతో అనుసరించింది.

ఒక గ్రహణం, ఊగుతున్న దీర్ఘవృత్తం

ఆ దాటుడు సమయంలో, సహచరుడి అయస్కాంత పరిసరాల వెనుక నుంచి వెళ్తున్నప్పుడు పల్సార్ రేడియో సంకేతం 85 సెకన్లపాటు మాయమైంది. అంటే మనం కక్ష్యను దాదాపు అంచు నుంచి చూస్తున్నాం. జంట న్యూట్రాన్ నక్షత్రంలో ఇంతవరకు చూసిన రెండవ గ్రహణం మాత్రమే ఇది, ప్రసిద్ధ జంట పల్సార్ PSR J0737−3039A తర్వాత.

సాధారణ సాపేక్షత దీర్ఘవృత్తాన్ని నెమ్మదిగా తిప్పుతుంది — పెరియాస్ట్రాన్ పురోగమనం (advance of periastron) — కక్ష్యలో అత్యంత దగ్గరి బిందువు నెమ్మదిగా చుట్టూ జరుగుతుంది —, ఇక్కడ అంచనా ప్రకారమే సంవత్సరానికి 0.017791 డిగ్రీలుగా కొలిచారు. కానీ ఆ పురోగమనం ఏకరీతిగా ఉండదు: అత్యంత దగ్గరి సమీపం దగ్గర అది వేగవంతమవుతుంది. దాదాపు పరావలయాకార ఈ కక్ష్యలో, దాటుడు సమయంలోనే కక్ష్య దిక్కు మారుతుంది; అది పల్సార్‌ను మన వైపుకు, తర్వాత మన నుంచి దూరంగా జరిపి, దాని స్పందనలను −2.91 నుంచి +2.49 మిల్లీసెకన్ల మధ్య ముందుకు జరిపి, వెనక్కి ఆలస్యం చేస్తుంది, ఇలాంటి ఇతర ఏ వ్యవస్థ కంటే పది రెట్లకు పైగా.

తీవ్రమైన తోపు నుంచి పుట్టింది

అలాంటి జంటలు ఒకదాని తర్వాత ఒకటి పేలే రెండు భారీ నక్షత్రాల నుంచి వస్తాయని భావిస్తారు. రచయితల ప్రకారం, ఇంత తీవ్ర ఉత్కేంద్రత, దాన్ని పుట్టించిన నక్షత్రపు ఇనుప కేంద్రం కుప్పకూలుతున్నప్పుడు రెండవ న్యూట్రాన్ నక్షత్రానికి ఇచ్చిన పెద్ద “తోపు” (kick) నుంచి మాత్రమే రాగలదు. వారి సిమ్యులేషన్లు సెకనుకు సుమారు 400 కిలోమీటర్లకు మించిన తోపును సూచిస్తున్నాయి.

వారు సుమారు వంద కోట్ల భారీ జంట నక్షత్రాలను కూడా సిమ్యులేట్ చేశారు. నిలిచి ఉన్న జంట న్యూట్రాన్ నక్షత్రాలలో, 0.95 కంటే ఎక్కువ ఉత్కేంద్రత, 50 నుంచి 110 రోజుల ఆవర్తనం ఉన్నవి 0.5% కంటే తక్కువ. అయినా ఇది గోళాకార గుచ్ఛాల (globular clusters) వెలుపల, గెలాక్సీ డిస్క్‌లో తెలిసిన కేవలం 28లో కనిపించింది. రచయితల మాటల్లో, “మనం చాలా అదృష్టవంతులమైనా అయి ఉండాలి, లేదా ప్రస్తుత జంట నక్షత్ర పరిణామ సిద్ధాంతానికి, కేంద్ర-పతన సూపర్‌నోవాల గురించిన ప్రస్తుత అవగాహనకు సవరణలు అవసరం”.

గురుత్వ తరంగాల విస్ఫోటాలు

రెండు నక్షత్రాలు ప్రతి 79 రోజులకు ఒకసారి మాత్రమే దగ్గరగా వస్తాయి కాబట్టి, అవి గురుత్వ తరంగాలను ఆవర్తన విస్ఫోటాలుగా వెలువరిస్తాయి. ఉద్గారం 0.357 మిల్లీహెర్ట్జ్ దగ్గర శిఖరాన్ని చేరుకుంటుంది — 47 నిమిషాలకు ఒక చక్రం, అంటే అత్యంత దగ్గరి దాటుడు నిడివి. ప్రణాళికలో ఉన్న అంతరిక్ష గురుత్వ-తరంగ వేధశాలలు LISA, Taiji, TianQin లకు అది చాలా బలహీనం, కానీ LISAmax వంటి ప్రతిపాదిత భవిష్యత్ భావనలు పది సంవత్సరాల్లో దాన్ని గుర్తించగలవు. ఈ జంట సుమారు 250 కోట్ల సంవత్సరాలలో విలీనమై, GW170817 వంటి సంఘటనతో ముగుస్తుంది.