NASA च्या IXPE ने 2,000 वर्षे जुन्या सुपरनोव्हाच्या विस्ताराचं गूढ उकललं

प्राचीन स्फोटातून आलेला प्रकाश, पुन्हा पाहताना

दक्षिणेकडील Circinus या तारकासमूहात कुठेतरी, एका तारकाच्या स्फोटातून आलेला प्रकाश सुमारे 2,000 वर्षांपूर्वी प्रथम पृथ्वीवर पोहोचला. चीनी खगोलशास्त्रज्ञांनी 185 CE मध्ये ही घटना नोंदवली, ज्यामुळे ती इतिहासातील सर्वात जुनी नोंदवलेली supernova ठरते. त्या स्फोटाचे अवशेष, RCW 86 म्हणून ओळखले जाणारे, अवकाश खगोलशास्त्राच्या सुरुवातीपासून प्रत्येक प्रमुख X-ray observatory ने अभ्यासले आहेत, आणि त्यांनी वारंवार अपेक्षा खोडून काढल्या आहेत. NASA च्या Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) च्या नव्या निरीक्षणाने आता त्या अवशेषांच्या सर्वात गूढ वर्तनामागील भौतिक यंत्रणा उघड केली आहे.

या आठवड्यात NASA ने जाहीर केलेल्या निष्कर्षात RCW 86 च्या बाह्य कडेला संशोधक "reflected shock effect" म्हणतात ते ओळखले गेले आहे. IXPE डेटामध्ये ही घटना एक वेगळी polarization signature म्हणून दिसते, अगदी त्या ठिकाणी जिथे अवशेषाचा जलद बाह्य विस्तार थांबलेला दिसतो.

RCW 86 ला असामान्य बनवणारी पोकळी

IXPE ने काय शोधलं हे समजून घेण्यासाठी, RCW 86 सुरुवातीपासूनच का असामान्य वाटत होतं हे समजणं उपयुक्त ठरतं. एखादा प्रचंड तारा supernova स्फोटात आपलं आयुष्य संपवतो, तेव्हा तो आजूबाजूच्या interstellar medium मध्ये पसरत जाणाऱ्या shock wave मधून पदार्थ बाहेर फेकतो. त्या विस्ताराचा वेग shock wave ला भेटणाऱ्या पदार्थाच्या घनतेवर अवलंबून असतो — अधिक घन पदार्थ तो मंदावतो, कमी घनतेचा पदार्थ त्याला अधिक वेगाने विस्तारू देतो.

Chandra X-ray Observatory ने यापूर्वी RCW 86 भोवती एक असामान्य वैशिष्ट्य ओळखले होते: अवशेषाभोवती तुलनेने कमी घनतेच्या वायूची मोठी cavity आहे, जी स्फोटापूर्वी हजारो वर्षांत progenitor star च्या stellar winds मुळे तयार झाली असावी, असे मानले जाते. त्या cavity मुळे shock wave सामान्य interstellar परिस्थितींपेक्षा खूपच वेगाने विस्तारू शकला, त्यामुळे 2,000 वर्षे जुन्या अवशेषासाठी RCW 86 अपेक्षेपेक्षा मोठा दिसतो आणि तरुण supernova remnant साठी सामान्य असलेल्या साधारण गोलाकार रूपाऐवजी त्याचा आकार अनियमित का आहे, हे स्पष्ट होतं.

काठावर IXPE ने काय शोधले

Chandra च्या निरीक्षणांनंतर उरलेला प्रश्न असा होता की विस्तारत असलेली shock wave त्या cavity च्या काठापर्यंत पोहोचल्यावर काय घडलं. X-rays ची तीव्रता इतकंच नव्हे, तर त्यांच्या electric field ची दिशा देखील मोजण्याची IXPE ची X-ray polarimetry क्षमता, या प्रश्नाचं उत्तर देण्यासाठी आधीच्या X-ray mission कडे नसलेलं साधन देते.

supernova remnant मधून येणारी polarized X-ray emission उच्च-ऊर्जेचे electron magnetic field line भोवती फिरत असताना निर्माण होते; या प्रक्रियेला synchrotron radiation म्हणतात. polarization pattern मध्ये magnetic field ची रचना आणि shock ची दिशा यांची माहिती साठलेली असते. जेव्हा एक shock wave अधिक घन पदार्थाच्या भिंतीवर — म्हणजे cavity च्या काठावर — आदळते, तेव्हा ही रचना IXPE ओळखू शकेल अशा वैशिष्ट्यपूर्ण प्रकारे बदलते.

नव्या IXPE निरीक्षणांवरील पथकाच्या विश्लेषणात RCW 86 च्या बाह्य कडेला नेमकं तेच चिन्ह दिसतं: असा प्रदेश जिथे polarization pattern reflected shock शी सुसंगत आहे — म्हणजे cavity wall वरून परावर्तित झालेला shock, जो आता बाहेर आणि आत दोन्ही दिशांनी पसरत आहे. हा reflected component बाह्य विस्तार थांबल्याचं निरीक्षण स्पष्ट करतो आणि Chandra च्या निरीक्षणांनी खुलं ठेवलेल्या भौतिक चित्रातील पोकळी भरून काढतो.

अनेक observatory मधून पूर्ण चित्र

या निष्कर्षाबरोबर प्रसिद्ध झालेल्या composite image मध्ये वेगवेगळ्या wavelength आणि वेगवेगळ्या detection capability असलेल्या अनेक observatory चा डेटा एकत्र करण्याची ताकद दिसते. IXPE polarized X-ray map देतो, जो shock geometry उघड करतो. Chandra आणि ESA चं XMM-Newton सर्वाधिक तापलेल्या shock-heated gas चं वितरण दाखवणारा high-energy X-ray data देतात. कमी-ऊर्जेचा X-ray data अधिक थंड circumstellar material चा मागोवा घेतो. NSF च्या NOIRLab कडून आलेला optical starfield पार्श्वभूमी आकाशात spatial context देतो.

प्रत्येक dataset त्याच भौतिक प्रणालीचा वेगळा पैलू उघड करतो, आणि ही एकत्रित माहिती कोणत्याही एकाच observatory पेक्षा अधिक संपूर्ण भौतिक वर्णन तयार करते. multi-wavelength approach high-energy astrophysics मध्ये आता मानक पद्धत बनली आहे, आणि 2021 मध्ये mission सुरू झाल्यापासून IXPE ची अनोखी polarimetric क्षमता अशा माहितीची भर घालत राहिली आहे जी पूर्वी उपलब्धच नव्हती.

supernova remnant का महत्त्वाचे आहेत

दशकांपासून चालू असलेल्या astrophysical कोड्याचं निराकरण करण्याच्या अंतर्निहित रसापलीकडे, RCW 86 आणि अशा remnant महत्त्वाचे आहेत कारण supernova हेच आकाशगंगेत ताऱ्यांच्या गाभ्यात तयार झालेल्या जड मूलद्रव्यांचं वितरण कसं होतं याचं माध्यम आहे. मानवी हाडांतील calcium, रक्तातील iron, आणि वातावरणातील oxygen मधील प्रत्येक atom कधीतरी एखाद्या ताऱ्याच्या आत तयार झाला आणि अशा प्रकारच्या स्फोटातून पसरला. supernova shock wave चे physics समजून घेणं — ते कसे विस्तारतात, घनता बदलांवर काय घडतं, ते cosmic ray कसे वेगवान करतात — हे आकाशगंगांच्या रासायनिक उत्क्रांती आणि जीवनासाठी आवश्यक कच्च्या पदार्थांच्या उगमाशी थेट जोडलेलं आहे.

RCW 86 एक असामान्यपणे चांगलं constrained case study देखील आहे, कारण ऐतिहासिक नोंदींनुसार त्याचा स्फोट काही दशकांच्या मर्यादेत दिनांकित आहे. बहुतेक supernova remnant ची ठोस तारीख नसते, त्यामुळे वयोआधारित विश्लेषण अनिश्चित राहतात. चीनी court astronomers च्या 185 CE नोंदीमुळे एक chronological anchor मिळतो, ज्यामुळे संशोधकांना अवशेषाच्या रूपावरून अंदाज बांधण्याऐवजी ज्ञात timeline विरुद्ध मॉडेलची चाचणी करता येते.

IXPE चे सुरू असलेले mission

IXPE हे NASA आणि Italian Space Agency (ASI) यांचं संयुक्त mission आहे, ज्यामध्ये 12 देशांचा वैज्ञानिक सहभाग आहे. ते डिसेंबर 2021 मध्ये NASA च्या Kennedy Space Center वरून SpaceX Falcon 9 rocket वरून प्रक्षेपित करण्यात आलं आणि Alabama मधील Huntsville येथील NASA Marshall Space Flight Center मधून चालवलं जातं. या observatory ने आता supernova remnant, black hole systems, neutron stars आणि magnetars यांसह 100 हून अधिक X-ray sources पाहिले आहेत. त्याच्या polarimetric data ने या प्रणालींमधील particle acceleration mechanisms विषयी दीर्घकाळचे प्रश्न सोडवले आहेत, आणि RCW 86 चा निकाल अशा शोधांची मालिका पुढे नेत आहे ज्यासाठी ही विशिष्ट measurement capability आवश्यक होती.

हा लेख NASA च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.