ایک چھلا ہوا ستارہ، ایک پوشیدہ ساتھی، 4.2 گھنٹے کا مدار

آکاش گنگا سے باہر، چھوٹے میجلانی بادل (Small Magellanic Cloud) میں ایک چھوٹا، بہت گرم ستارہ ہر 4 گھنٹے 10 منٹ میں ایک ایسے ساتھی کے گرد ایک چکر پورا کرتا ہے جو کوئی روشنی خارج نہیں کرتا۔ اس کا نام DGL-3 ہے، اور اس کا پوشیدہ ساتھی غالباً ایک نیوٹرون ستارہ ہے، یعنی وہ انتہائی کثیف منہدم مرکز جو کسی بھاری ستارے کے پھٹنے پر پیچھے رہ جاتا ہے۔

ایک ستارہ جس کی بیرونی تہیں چھیل دی گئیں

DGL-3 ایک چھلا ہوا ستارہ (stripped star) ہے: اس نے کسی ساتھی کے ساتھ تعامل میں اپنا ہائیڈروجن سے بھرپور بیرونی غلاف کھو دیا ہے۔ جو بچا ہے وہ گٹھا ہوا، گرم اور ہائیڈروجن میں کم ہے، اور اپنے مرکز میں ہیلیئم جلاتا ہے۔

کمیت: سورج کی کمیت کا تقریباً 3.4 گنا، جس کا اندازہ اس کی چمک سے لگایا گیا، بہت غیر متوازن حاشیے کے ساتھ (2.96 سے 7.72 شمسی کمیت)۔
نصف قطر: سورج کا تقریباً 0.77 گنا؛ سطحی درجۂ حرارت: تقریباً 71,000 کیلون؛ ہائیڈروجن: اس کی سطح کا صرف 10%۔

اس “درمیانی” کمیت کے ستارے اتنے بھاری ہوتے ہیں کہ ان کا مرکزہ منہدم ہو کر نیوٹرون ستارہ بن جائے، لیکن اتنے بھاری نہیں کہ بلیک ہول بنا سکیں۔ موجودہ ماڈلوں میں، نیوٹرون ستاروں کے وہ جوڑے جو اتنے قریب ہوں کہ ثقلی لہریں (gravitational waves) خارج کرتے ہوئے چکر کھا کر ضم ہو جائیں، پہلے ٹھیک اسی مرحلے سے گزرتے ہیں: ایک نیوٹرون ستارہ جو کسی چھلے ہوئے ستارے کے گرد گردش کرتا ہے۔ یہ مرحلہ پہلے کبھی براہِ راست مشاہدہ نہیں کیا گیا تھا، اور انضمام کی پیش گوئی کردہ شرحیں کئی درجۂ قدر (orders of magnitude) پر پھیلی ہوئی ہیں۔

ایک ایسے ساتھی کا وزن جو چمکتا نہیں

ٹیم نے 2019 اور 2022 کے درمیان چلی میں 6.5 میٹر کی Magellan دوربین سے 38 طیف جمع کیے۔ ستارے کی طیفی لکیریں — اس کی روشنی میں مخصوص رنگوں پر تاریک لکیریں — جب وہ ہماری طرف آتا ہے تو نیلے رنگ کی طرف اور جب دور جاتا ہے تو سرخ رنگ کی طرف سرک جاتی ہیں (ڈوپلر اثر)؛ یہ دکھاتی ہیں کہ وہ ہماری طرف اور ہم سے دور 151.4 کلومیٹر فی سیکنڈ تک کی رفتار سے جھولتا ہے، ایک دائری مدار پر جو ہر 4.1693 گھنٹے میں مکمل ہوتا ہے۔

دور اور رفتار سے کمیتی فنکشن (mass function) ملتا ہے، جو ساتھی کی کمیت کو ستارے کی اپنی کمیت اور زمین سے دیکھے گئے مدار کے جھکاؤ (اس کے میلان، inclination) سے جوڑتا ہے۔ ٹھیک کنارے کے رخ سے دیکھا گیا مدار وہ سب سے ہلکا ساتھی دیتا ہے جس کی مدار اجازت دیتا ہے؛ ستارے کی غیر یقینی کمیت کو حساب میں لینے پر، اس کم از کم حد کی عام قدر 1.38 ± 0.25 شمسی کمیت ہے، جو اس 1.4 سے ذرا کم ہے جس تک سفید بونا پہنچ سکتا ہے (نیچے دیکھیے)۔ لہٰذا صرف مدار سفید بونے کو خارج نہیں کر سکتا۔

عام ستارہ نہیں: اتنا بھاری ستارہ اتنے تنگ مدار میں سمانے کے لیے بہت بڑا ہوگا۔
دوسرا چھلا ہوا ستارہ نہیں: اصل طیف میں ڈالے گئے مصنوعی چھلے ہوئے ساتھی ہر بار پکڑے گئے، پھر بھی اصل ڈیٹا میں ان کا کوئی نشان نہیں۔

جو باقی بچتا ہے وہ ایک کثیف جسم (compact object) ہے: سفید بونا (کسی ہلکے ستارے کا بچا ہوا کثیف مرکز)، نیوٹرون ستارہ یا بلیک ہول۔

2.5% کی ڈگمگاہٹ سے 99.4%

18 دسمبر 2022 کو La Silla میں 3.5 میٹر کی ایک دوربین پر لگے ایک تیز رفتار کیمرے نے تقریباً 3.4 گھنٹے تک ہر 20 سیکنڈ میں DGL-3 کی تصویر لی۔ اس کی چمک ہر مدار میں دو بار تقریباً 2.5% گھٹتی بڑھتی ہے: ساتھی کی کششِ ثقل ستارے کو ذرا سا کھینچ کر انڈے کی شکل دے دیتی ہے، جس کا لمبا پہلو ہمیں ہر چکر میں دو بار دکھائی دیتا ہے، اتنا جتنا ساتھی کی کمیت اور میلان پر منحصر ہے۔

ٹیم نے اس روشنی کے منحنی (light curve) کے 500,000 ماڈل چلائے اور ہر ایک کو اس کے ڈیٹا سے میل کے مطابق وزن دیا۔ ساتھی کی کمیت کے لیے:

سب سے ممکنہ قدر 1.58 شمسی کمیت ہے؛
امکان کا صرف 0.6% حصہ 1.4 شمسی کمیت سے نیچے ہے، جو چندرشیکھر حد (Chandrasekhar limit) ہے اور سفید بونے کو خارج کرتی ہے: یوں 99.4% امکان ہے کہ ساتھی سفید بونا ہونے کے لیے بہت بھاری ہے؛
صرف 3.4% تصدیق شدہ بلیک ہولز کی حد میں آتا ہے؛ بھاری دُم کا باقی حصہ نیوٹرون ستاروں اور بلیک ہولز کے درمیان کے خلا میں پڑتا ہے۔

لہٰذا نیوٹرون ستارہ سب سے ممکنہ ساتھی ہے: یہ ایک امکان ہے، ثبوت نہیں۔ ایکس رے دوربینوں نے کچھ نہیں پکڑا؛ اپنے ساتھی سے گیس نگلنے والا نیوٹرون ستارہ ایکس رے میں چمکتا، لیکن مصنفین اس خاموشی کو ایک ایسے نیوٹرون ستارے سے ہم آہنگ سمجھتے ہیں جسے ایک کمزور ستاروی ہوا (stellar wind) سے مادہ ملتا ہو۔

کمپیوٹر ماڈل کا لکھا ہوا مستقبل

پھر ٹیم نے ستاروی ارتقا کے کوڈ MESA سے نظام کو ارتقا دیا: 3.6 شمسی کمیت کا چھلا ہوا ستارہ، 1.4 کا نیوٹرون ستارہ، 4.2 گھنٹے کا مدار۔ آگے جو کچھ ہے وہ پیش گوئی ہے، مشاہدہ نہیں۔

ستارہ مزید 14 لاکھ سال اپنے مرکز میں ہیلیئم جلاتا ہے، پھر پھول جاتا ہے۔ اتنے تنگ مدار میں صرف آدھے شمسی نصف قطر جتنا بڑھنا اسے لبریز کر دیتا ہے اور وہ اپنی گیس ساتھی پر انڈیلنے لگتا ہے۔
26,000 سال کے دوران 1.2 شمسی کمیت خلا میں فرار ہو جاتی ہے۔ نیوٹرون ستارہ صرف 0.00072 شمسی کمیت نگلتا ہے، جو اسے ہر 79 ملی سیکنڈ میں ایک چکر تک تیز گھمانے کے لیے کافی ہے۔ مدار سکڑ کر 1.9 گھنٹے کا رہ جاتا ہے۔
اپنی ساری ہائیڈروجن سے محروم ہو کر ستارہ سپرنووا بن کر پھٹتا ہے اور ایک دوسرا نیوٹرون ستارہ چھوڑ جاتا ہے۔ تقریباً 800 کلومیٹر فی سیکنڈ کی مداری رفتار کے ساتھ، صرف ایک غیر معمولی طور پر بڑا دھکا (kick) — ردِعمل کا ایک جھٹکا جو دھماکا نوزائیدہ نیوٹرون ستارے کو دے سکتا ہے — ہی جوڑے کو توڑ سکتا ہے۔
دھماکا تقریباً ایک شمسی کمیت کے برابر گیس اڑا دیتا ہے۔ دو نیوٹرون ستارے باقی رہتے ہیں، ایک زیادہ کشادہ، لمبوترے 4.4 گھنٹے کے مدار پر، اور 22 کروڑ سال بعد ضم ہو جاتے ہیں۔

پیش گوئی کہاں ٹوٹ سکتی ہے

مصنفین کے مطابق سب سے کمزور کڑی یہ ہے کہ فرار ہونے والی گیس کتنا زاویائی معیارِ حرکت (angular momentum)، یعنی مدار کی “گردش کی مقدار”، اپنے ساتھ لے جاتی ہے۔ ماڈل کی سات صورتوں میں سے ایک میں ضائع شدہ گیس دونوں ستاروں کے گرد ایک قرص بناتی ہے، اور جوڑا دوسرے سپرنووا سے پہلے ہی ضم ہو جاتا ہے۔ باقی چھ میں دو نیوٹرون ستارے بنتے ہیں اور بالآخر ضم ہو جاتے ہیں، 17.5 کروڑ سے 7.9 ارب سال بعد۔

DGL-3 تقریباً 60,600 پارسیک دور ہے — کوئی 200,000 نوری سال (ایک پارسیک تقریباً 3.26 نوری سال کے برابر ہے)۔ مصنفین نوٹ کرتے ہیں کہ اگر یہ 60 سے 600 گنا زیادہ قریب، یعنی 100 سے 1,000 پارسیک کے اندر، ہوتا تو LISA جیسی کم تعدد والی ثقلی لہروں کی رصدگاہیں اسے پکڑ لیتیں۔