NASA के IXPE ने 2,000 साल पुराने सुपरनोवा के विस्तार का रहस्य सुलझाया

एक प्राचीन विस्फोट की रोशनी, फिर से देखी गई

दक्षिणी नक्षत्र Circinus में कहीं, एक तारे के विस्फोट से निकली रोशनी लगभग 2,000 साल पहले पहली बार पृथ्वी तक पहुँची थी। चीनी खगोलविदों ने 185 CE में इस घटना को दर्ज किया था, जिससे यह इतिहास में दर्ज सबसे पुराना supernova बन गया। उस विस्फोट का अवशेष, जिसे RCW 86 कहा जाता है, अंतरिक्ष खगोल विज्ञान की शुरुआत से ही हर प्रमुख X-ray observatory से अध्ययन किया गया है, और इसने बार-बार अपेक्षाओं को चुनौती दी है। NASA के Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) की एक नई observation ने अब इस अवशेष के सबसे उलझाने वाले व्यवहारों में से एक के पीछे का भौतिक तंत्र उजागर किया है।

NASA द्वारा इस सप्ताह घोषित खोज में RCW 86 के बाहरी किनारे पर शोधकर्ताओं द्वारा "reflected shock effect" कहलाने वाली घटना की पहचान की गई है। IXPE के डेटा में यह घटना एक विशिष्ट polarization signature के रूप में दिखती है, ठीक उसी स्थान पर जहाँ अवशेष का तेज बाहरी विस्तार रुकता हुआ प्रतीत होता है।

वह cavity जिसने RCW 86 को असामान्य बनाया

IXPE ने क्या पाया, यह समझने के लिए पहले यह समझना उपयोगी है कि RCW 86 शुरू से ही असामान्य क्यों था। जब कोई विशाल तारा supernova विस्फोट में अपना जीवन समाप्त करता है, तो वह एक shock wave के रूप में पदार्थ को बाहर फेंकता है जो आसपास के interstellar medium में फैलता है। उस विस्तार की गति इस बात पर निर्भर करती है कि shock wave किस पदार्थ से टकराती है — अधिक घना पदार्थ उसे धीमा कर देता है, कम घनत्व वाला पदार्थ उसे तेजी से फैलने देता है।

Chandra X-ray Observatory ने पहले RCW 86 के आसपास एक असामान्य विशेषता की पहचान की थी: यह अवशेष अपेक्षाकृत कम घनत्व वाली गैस की एक बड़ी cavity से घिरा है, जिसके बारे में माना जाता है कि इसे विस्फोट से पहले के हजारों वर्षों में progenitor star की stellar winds ने बनाया था। उस cavity ने shock wave को सामान्य interstellar परिस्थितियों की तुलना में कहीं अधिक तेज़ी से फैलने दिया, जिससे यह स्पष्ट होता है कि RCW 86 एक 2,000 साल पुराने remnant के लिए अपेक्षा से कहीं बड़ा क्यों दिखता है और उसका आकार युवा supernova remnant के लिए सामान्य लगभग गोलाकार रूप की बजाय अनियमित क्यों है।

किनारे पर IXPE ने क्या पाया

Chandra की observations के बाद जो प्रश्न बचा था, वह यह था कि जब विस्तार करती shock wave उस cavity के किनारे तक पहुँची तो क्या हुआ। IXPE की X-ray polarimetry क्षमता — यानी X-rays की तीव्रता ही नहीं, बल्कि उनके electric field की दिशा भी मापने की क्षमता — इस प्रश्न का उत्तर देने का एक उपकरण देती है, जो पहले की X-ray missions के पास नहीं था।

supernova remnant से निकलने वाला polarized X-ray emission तब बनता है जब उच्च-ऊर्जा electron magnetic field line के चारों ओर घूमते हैं; इस प्रक्रिया को synchrotron radiation कहा जाता है। polarization pattern magnetic field की ज्यामिति और shock की दिशा के बारे में जानकारी को संहिताबद्ध करता है। जब कोई shock wave अधिक घने पदार्थ की दीवार से — यानी cavity के किनारे से — टकराती है, तो ज्यामिति एक विशिष्ट तरीके से बदलती है, जिसे IXPE पकड़ सकता है।

नई IXPE observations के विश्लेषण से टीम को RCW 86 के बाहरी किनारे पर बिल्कुल वही संकेत मिला: एक ऐसा क्षेत्र जहाँ polarization pattern reflected shock के अनुरूप है — एक ऐसा shock जो cavity wall से टकराकर वापस लौट आया है और अब बाहर की ओर तथा अंदर की ओर दोनों दिशाओं में फैल रहा है। यह reflected component बाहरी विस्तार के रुकने की observed घटना को समझाता है और Chandra की observations द्वारा छोड़े गए भौतिक चित्र में मौजूद खाली जगह को भरता है।

कई observatory के साथ पूरी तस्वीर

इस खोज के साथ जारी composite image दिखाती है कि अलग-अलग wavelength और अलग-अलग detection capability वाले कई observatory से डेटा जोड़ना कितना शक्तिशाली है। IXPE polarized X-ray map प्रदान करता है, जो shock geometry को उजागर करता है। Chandra और ESA का XMM-Newton उच्च-ऊर्जा X-ray data प्रदान करते हैं, जो सबसे गर्म shock-heated gas का वितरण दिखाता है। कम-ऊर्जा X-ray data ठंडे circumstellar material का पता लगाता है। NSF के NOIRLab का optical starfield पृष्ठभूमि आकाश के विरुद्ध spatial context प्रदान करता है।

हर dataset एक ही भौतिक प्रणाली का अलग पहलू उजागर करता है, और यह संयोजन किसी एक observatory से अधिक पूर्ण भौतिक विवरण देता है। multi-wavelength approach high-energy astrophysics में मानक अभ्यास बन चुका है, और 2021 में mission लॉन्च होने के बाद से IXPE की अनूठी polarimetric क्षमता लगातार ऐसी जानकारी जोड़ती रही है, जो पहले उपलब्ध ही नहीं थी।

supernova remnant क्यों महत्वपूर्ण हैं

दशकों पुराने एक astrophysical puzzle को सुलझाने की स्वाभाविक रुचि से आगे, RCW 86 और इसके जैसे remnant महत्वपूर्ण हैं क्योंकि supernova ही वह तरीका हैं, जिससे galaxy तारकीय कोरों में बने भारी तत्वों को फैलाती है। मानव हड्डियों में calcium, रक्त में iron, और वातावरण में oxygen का हर atom कभी किसी तारे के भीतर बना था और इस तरह के विस्फोट द्वारा वितरित हुआ था। supernova shock wave की physics को समझना — वे कैसे फैलती हैं, घनत्व संक्रमणों पर क्या होता है, वे cosmic ray को कैसे तेज करती हैं — सीधे-सीधे galaxies के chemical evolution और जीवन के कच्चे पदार्थों की उत्पत्ति से जुड़ा है।

RCW 86 एक असामान्य रूप से अच्छी तरह constrained case study भी है, क्योंकि ऐतिहासिक रिकॉर्ड इसके विस्फोट को कुछ दशकों के भीतर दिनांकित करता है। अधिकांश supernova remnant किसी पक्की तारीख के बिना पहचाने जाते हैं, जिससे उम्र-आधारित विश्लेषण अनिश्चित हो जाते हैं। चीनी court astronomers का 185 CE रिकॉर्ड एक chronological anchor देता है, जिससे शोधकर्ता remnant की दिखावट से अनुमान लगाने के बजाय ज्ञात timeline के खिलाफ मॉडल की जांच कर सकते हैं।

IXPE का जारी mission

IXPE NASA और Italian Space Agency (ASI) का एक संयुक्त mission है, जिसमें 12 देशों की वैज्ञानिक भागीदारी है। इसे दिसंबर 2021 में NASA के Kennedy Space Center से SpaceX Falcon 9 rocket पर लॉन्च किया गया था और इसे Alabama के Huntsville स्थित NASA के Marshall Space Flight Center से संचालित किया जाता है। यह observatory अब supernova remnant, black hole systems, neutron stars, और magnetars सहित 100 से अधिक X-ray sources का अवलोकन कर चुका है। इसके polarimetric data ने इनमें से कई प्रणालियों में particle acceleration mechanisms से जुड़े लंबे समय से चले आ रहे प्रश्नों का समाधान किया है, और RCW 86 का परिणाम उन खोजों की श्रृंखला को जारी रखता है जिनके लिए यह विशिष्ट measurement capability आवश्यक थी।

यह लेख NASA की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.