NASA-এর IXPE 2,000 বছর পুরোনো সুপারনোভার সম্প্রসারণ-রহস্যের সমাধান খুঁজে পেল

একটি প্রাচীন বিস্ফোরণের আলো, নতুন করে দেখা

দক্ষিণের Circinus নক্ষত্রমণ্ডলের কোথাও, একটি নক্ষত্রবিস্ফোরণের আলো প্রায় 2,000 বছর আগে প্রথম পৃথিবীতে পৌঁছেছিল। চীনা জ্যোতির্বিদরা 185 CE-তে এই ঘটনাটি নথিভুক্ত করেন, যা ইতিহাসে সর্বপ্রাচীন নথিভুক্ত supernova হিসেবে বিবেচিত। সেই বিস্ফোরণের অবশিষ্টাংশ, RCW 86 নামে চিহ্নিত, মহাকাশ জ্যোতির্বিজ্ঞানের সূচনালগ্ন থেকে প্রতিটি প্রধান X-ray observatory দিয়ে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে, এবং এটি বারবার প্রত্যাশাকে চ্যালেঞ্জ করেছে। NASA-এর Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE)-এর নতুন পর্যবেক্ষণ এখন এই অবশিষ্টাংশের অন্যতম বিভ্রান্তিকর আচরণের পেছনের ভৌত প্রক্রিয়া প্রকাশ করেছে।

NASA এই সপ্তাহে যে ফলাফল ঘোষণা করেছে, তাতে RCW 86-এর বাইরের প্রান্তে গবেষকেরা যাকে "reflected shock effect" বলছেন, তা শনাক্ত করা হয়েছে। IXPE ডেটায় এই ঘটনাটি একটি স্বতন্ত্র polarization signature হিসেবে দেখা যায়, ঠিক সেই স্থানে, যেখানে অবশিষ্টাংশের দ্রুত বাহ্যিক সম্প্রসারণ থেমে গেছে বলে মনে হয়।

যে ফাঁপা অঞ্চল RCW 86-কে অস্বাভাবিক করে তুলেছিল

IXPE কী খুঁজে পেয়েছে তা বোঝার জন্য আগে RCW 86-কে কেন অস্বাভাবিক মনে করা হয়েছিল তা বোঝা জরুরি। কোনো বিশাল নক্ষত্র যখন supernova বিস্ফোরণে তার জীবন শেষ করে, তখন তা একটি shock wave-এ উপাদানকে বাইরে ছুড়ে দেয়, যা আশপাশের interstellar medium-এর মধ্যে প্রসারিত হয়। সেই সম্প্রসারণের গতি নির্ভর করে shock wave যে পদার্থের মুখোমুখি হয় তার ঘনত্বের ওপর — ঘন পদার্থ এটিকে ধীর করে দেয়, কম-ঘনত্বের পদার্থ এটিকে দ্রুত প্রসারিত হতে দেয়।

Chandra X-ray Observatory আগে RCW 86-এর চারপাশে একটি অস্বাভাবিক বৈশিষ্ট্য শনাক্ত করেছিল: অবশিষ্টাংশটি তুলনামূলকভাবে কম-ঘনত্বের গ্যাসের একটি বড় cavity দ্বারা বেষ্টিত, যা ধারণা করা হয় এর progenitor star-এর stellar wind কয়েক হাজার বছর আগে, বিস্ফোরণের আগেই, খুঁড়ে তৈরি করেছিল। সেই cavity shock wave-কে সাধারণ interstellar অবস্থার তুলনায় অনেক দ্রুত প্রসারিত হতে দিয়েছিল, যার ফলে RCW 86 2,000 বছর পুরোনো অবশিষ্টাংশ হিসেবে অস্বাভাবিকভাবে বড় দেখায় এবং কেন এর আকৃতি তরুণ supernova remnant-গুলোর মতো মোটামুটি গোলাকার না হয়ে অনিয়মিত, তা ব্যাখ্যা করে।

প্রান্তে IXPE কী শনাক্ত করল

Chandra-র পর্যবেক্ষণের পর যে প্রশ্নটি রয়ে গিয়েছিল, তা হলো — প্রসারিত shock wave ওই cavity-এর প্রান্তে পৌঁছালে কী ঘটেছিল। IXPE-এর X-ray polarimetry ক্ষমতা — অর্থাৎ X-ray-এর তীব্রতা নয়, তাদের electric field-এর অভিমুখও মাপার সক্ষমতা — এই প্রশ্নের উত্তর দেওয়ার একটি উপায় দেয়, যা আগের X-ray mission-গুলোর ছিল না।

supernova remnant থেকে polarized X-ray emission তৈরি হয় তখন, যখন উচ্চ-শক্তির electron-রা magnetic field line-এর চারদিকে ঘুরপাক খায়; এই প্রক্রিয়াকে synchrotron radiation বলা হয়। polarization pattern magnetic field-এর জ্যামিতি এবং shock-এর দিক সম্পর্কে তথ্য বহন করে। যখন একটি shock wave আরও ঘন পদার্থের দেওয়ালে — অর্থাৎ cavity-এর প্রান্তে — আঘাত করে, তখন জ্যামিতি একটি বৈশিষ্ট্যপূর্ণভাবে বদলে যায়, যা IXPE শনাক্ত করতে পারে।

নতুন IXPE পর্যবেক্ষণের ওপর দলের বিশ্লেষণ RCW 86-এর বাইরের প্রান্তে ঠিক সেই ধরনের সঙ্কেতই দেখায়: এমন একটি অঞ্চল, যেখানে polarization pattern একটি reflected shock-এর সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ — অর্থাৎ এমন shock যা cavity wall থেকে প্রতিফলিত হয়ে এখন বাইরে ও ভেতরে, উভয় দিকেই অগ্রসর হচ্ছে। এই reflected component বাহ্যিক সম্প্রসারণ থেমে যাওয়ার পর্যবেক্ষিত ঘটনাকে ব্যাখ্যা করে এবং Chandra-র পর্যবেক্ষণে খোলা থেকে যাওয়া ভৌত চিত্রের ফাঁক পূরণ করে।

বিভিন্ন observatory জুড়ে একটি পূর্ণাঙ্গ চিত্র

এই আবিষ্কারের সঙ্গে প্রকাশিত composite image দেখায়, ভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং ভিন্ন detection capability-সহ একাধিক observatory-এর ডেটা একত্র করলে কীভাবে শক্তি বাড়ে। IXPE polarized X-ray map দেয়, যা shock-এর জ্যামিতি প্রকাশ করে। Chandra এবং ESA-এর XMM-Newton সর্বোচ্চ তাপমাত্রার shock-heated gas-এর বণ্টন দেখানো উচ্চ-শক্তির X-ray data দেয়। নিম্ন-শক্তির X-ray data আরও ঠান্ডা circumstellar material-এর সন্ধান দেয়। NSF-এর NOIRLab-এর একটি optical starfield পটভূমি আকাশের বিপরীতে spatial context সরবরাহ করে।

প্রতিটি dataset একই ভৌত ব্যবস্থার ভিন্ন দিক উন্মোচন করে, এবং এই সমন্বয় কোনো একক observatory-র তুলনায় অনেক বেশি পূর্ণাঙ্গ ভৌত ব্যাখ্যা তৈরি করে। বহু-tarngodairghya পদ্ধতি high-energy astrophysics-এ এখন মানক অনুশীলন হয়ে উঠেছে, এবং IXPE-এর অনন্য polarimetric ক্ষমতা 2021 সালে mission শুরু হওয়ার পর থেকে এমন তথ্য যোগ করে চলেছে, যা আগে মোটেই পাওয়া যেত না।

কেন supernova remnant গুরুত্বপূর্ণ

দশক-পুরোনো একটি astrophysical puzzle সমাধানের অন্তর্নিহিত আগ্রহের বাইরে, RCW 86 এবং এ ধরনের remnant-গুলো গুরুত্বপূর্ণ, কারণ supernova-ই হলো সেই প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে galaxy নক্ষত্রের কেন্দ্রে তৈরি ভারী মৌলগুলো ছড়িয়ে দেয়। মানুষের হাড়ে calcium, রক্তে iron, এবং বায়ুমণ্ডলে oxygen-এর প্রতিটি atom একসময় কোনো নক্ষত্রের ভেতরে তৈরি হয়েছিল এবং এ ধরনের বিস্ফোরণের মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়েছিল। supernova shock wave-এর physics বোঝা — সেগুলো কীভাবে প্রসারিত হয়, ঘনত্বের পরিবর্তনে কী ঘটে, কীভাবে তারা cosmic ray ত্বরান্বিত করে — সরাসরি galaxy-র chemical evolution এবং জীবনের কাঁচামালের উৎস সম্পর্কে প্রশ্নের সঙ্গে যুক্ত।

RCW 86 আরও একটি অস্বাভাবিকভাবে সুসংবদ্ধ case study, কারণ ঐতিহাসিক নথিতে এর বিস্ফোরণের সময় কয়েক দশকের মধ্যে নির্দিষ্ট করা আছে। বেশিরভাগ supernova remnant-এর ক্ষেত্রে এমন নির্ভরযোগ্য তারিখ নেই, ফলে বয়সভিত্তিক বিশ্লেষণ অনিশ্চিত হয়ে পড়ে। Chinese court astronomers-এর 185 CE রেকর্ড একটি chronological anchor দেয়, যা গবেষকদের remnant-এর চেহারা থেকে অনুমান করার বদলে পরিচিত সময়রেখার সঙ্গে model পরীক্ষা করার সুযোগ করে।

IXPE-এর চলমান mission

IXPE হলো NASA এবং Italian Space Agency (ASI)-এর একটি যৌথ mission, যেখানে 12টি দেশের বৈজ্ঞানিক অংশগ্রহণ রয়েছে। এটি 2021 সালের ডিসেম্বর মাসে NASA-এর Kennedy Space Center থেকে SpaceX Falcon 9 rocket-এ উৎক্ষেপিত হয় এবং Alabama-এর Huntsville-এ NASA-এর Marshall Space Flight Center থেকে পরিচালিত হয়। এই observatory এখন supernova remnant, black hole system, neutron star, এবং magnetar-সহ 100টিরও বেশি X-ray source পর্যবেক্ষণ করেছে। এর polarimetric data এইসব system-এর কয়েকটিতে particle acceleration mechanism নিয়ে দীর্ঘদিনের প্রশ্নের সমাধান করেছে, এবং RCW 86-এর ফলাফল সেই ধরনের আবিষ্কারের ধারাই অব্যাহত রেখেছে, যেগুলো অর্জন করতে এই নির্দিষ্ট measurement capability-র প্রয়োজন।

এই নিবন্ধটি NASA-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে লেখা। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.