ভারতীয় জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা প্রায় ২৫ মিলিয়ন আলোকবর্ষ দূরের উজ্জ্বল এক্স-রে উৎস এনজিসি ৪৪৯০ ইউএলএক্স-৮-এর ২৪ বছরে নেওয়া চন্দ্রা, এক্সএমএম-নিউটন ও সুইফটের ৩৯টি পর্যবেক্ষণ একসঙ্গে বিশ্লেষণ করে দেখেছেন, এটি এডিংটন সীমায় বা তার কাছাকাছি গ্রাস করতে থাকা একটি নাক্ষত্রিক-ভরের কৃষ্ণগহ্বরের সঙ্গে মেলে

ভারতের বিভিন্ন প্রতিষ্ঠানের গবেষকদের একটি দল একটি উজ্জ্বল উৎসের ২৪ বছরের এক্স-রে পর্যবেক্ষণকে একটি গবেষণায় একত্র করেছে। উৎসটি, এনজিসি ৪৪৯০ ইউএলএক্স-৮, প্রায় ৭.৮ মেগাপারসেক দূরের একটি ছায়াপথে (গবেষণাপত্র যে দূরত্ব ধরেছে, প্রায় ২৫ মিলিয়ন আলোকবর্ষ), আর দল দেখেছে এর দীপ্তি এডিংটন সীমায় বা তার কাছাকাছি গ্রাস করতে থাকা একটি নাক্ষত্রিক-ভরের কৃষ্ণগহ্বরের সঙ্গে মেলে। কাজটিতে ২০০০ থেকে ২০২৪ সালের মধ্যে নেওয়া ১৪টি চন্দ্রা, ৬টি এক্সএমএম-নিউটন ও ১৯টি সুইফট-এক্সআরটি পর্যবেক্ষণ ব্যবহার করা হয়েছে। বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি মন্ত্রণালয় ২০২৬ সালের ২ নভেম্বর এটি ঘোষণা করেছে এবং বলছে এটি মান্থলি নোটিসেস অফ দ্য রয়্যাল অ্যাস্ট্রোনমিক্যাল সোসাইটিতে প্রকাশিত হয়েছে।

লেখকেরা তরঙ্গ বশিষ্ট, অরু বেরি, তনুমান ঘোষ, আমান উপাধ্যায় ও বিক্রম রানা, কাজ করেছেন আইআইএসইআর মোহালি, ইন্ডিয়ান ইনস্টিটিউট অফ অ্যাস্ট্রোফিজিক্স (আইআইএ), ইন্টার-ইউনিভার্সিটি সেন্টার ফর অ্যাস্ট্রোনমি অ্যান্ড অ্যাস্ট্রোফিজিক্স (আইউকা) এবং রামন গবেষণা ইনস্টিটিউট (আরআরআই) থেকে।

যে উৎস নিজের সীমাকেও ছাড়িয়ে উজ্জ্বল

অতি-উজ্জ্বল এক্স-রে উৎস, বা ইউএলএক্স, ছায়াপথের কেন্দ্রের বাইরের একটি বিন্দুসদৃশ এক্স-রে বিকিরণকারী, যা প্রতি সেকেন্ডে 10³⁹ আর্গের বেশি বিকিরণ করে। গবেষণাপত্র বলছে, এটি মোটামুটি ১০ সূর্যের ভরের একটি কৃষ্ণগহ্বরের এডিংটন সীমা। বিজ্ঞপ্তি ইউএলএক্সকে বর্ণনা করেছে এমন একটি নিউট্রন তারা বা কৃষ্ণগহ্বর হিসেবে, যে সঙ্গী তারা থেকে গ্যাস টেনে নেয়, আর খসে পড়া গ্যাস উত্তপ্ত হয়ে এক্স-রে ছাড়ে।

এডিংটন সীমা সেই উজ্জ্বলতা, যেখানে আলোর বাইরের দিকের ধাক্কা গ্যাসের ওপর মহাকর্ষের ভেতরের টানের সঙ্গে সমান হয়ে যায়। বস্তুর ভর বাড়লে এটি বাড়ে। আমেরিকান ফিজিক্যাল সোসাইটির প্রকাশিত একটি পদার্থবিজ্ঞান-পর্যালোচনা একে বলেছে আদর্শায়িত গোলাকার মডেল থেকে আসা একটি মোটামুটি নিয়ম, এবং কৃষ্ণগহ্বর যে উপায়ে এটি ছাড়িয়ে যেতে পারে তার মধ্যে তালিকাভুক্ত করেছে মোটা চাকতি, জেট ও সংযুক্তি।

ইউএলএক্সের জন্য গবেষণাপত্র দুটি ব্যাখ্যা দিয়েছে। একটি স্বাভাবিকের চেয়ে ভারী কৃষ্ণগহ্বর। অন্যটি, যাকে বাড়তে থাকা প্রমাণ সমর্থন করছে বলে এটি জানায়, একটি নাক্ষত্রিক-ভরের কৃষ্ণগহ্বর বা নিউট্রন তারা, যা সীমার কাছে বা ওপরে গ্রাস করছে, গ্যাসের বহির্প্রবাহ বা বিমিংয়ের সাহায্যে। স্পন্দন দেখা দিলে প্রশ্নের মীমাংসা হয়ে যায়: গবেষণাপত্র ১০টির বেশি স্পন্দিত ইউএলএক্স গুনেছে, প্রতিটিই নিউট্রন তারা। ইউএলএক্স-৮ কোনো স্পন্দন দেখায় না। কৃষ্ণগহ্বরে পৌঁছানোর অন্য পথগুলো আছে আমাদের ইভেন্ট হরাইজন টেলিস্কোপ এবং সংঘর্ষরত কৃষ্ণগহ্বরের মহাকর্ষ তরঙ্গ নিয়ে লেখায়।

কেন এই ছায়াপথ-জোড়া, আর কেন এই উৎস

এনজিসি ৪৪৯০ একটি সর্পিল ছায়াপথ, যা ছোট একটি অনিয়মিত ছায়াপথ এনজিসি ৪৪৮৫-এর সঙ্গে মিথস্ক্রিয়ায় আছে। গবেষণাপত্র জোড়াটিতে বছরে প্রায় ৪.৭ সৌর ভরের স্থির তারা-সৃষ্টির হার উদ্ধৃত করেছে। টিমোথি রবার্টস ও সহকর্মীদের ২০০২ সালে জানানো ২০ কিলোসেকেন্ডের একটি চন্দ্রা পর্যবেক্ষণে সেখানে ছয়টি ইউএলএক্স পাওয়া যায়, তাদের পাঁচটি সম্ভাব্য কৃষ্ণগহ্বর-যুগল আর ষষ্ঠটি সম্ভাব্য সুপারনোভা অবশেষ, এবং লক্ষ করা হয় সবগুলোই তারা-সৃষ্টির অঞ্চলে। ২০০৮ সালের একটি ক্যাটালগ পরে ব্যবস্থাটির ইউএলএক্সগুলোকে ১ থেকে ৮ নম্বর দেয়।

ইউএলএক্স-৮ দীর্ঘমেয়াদি গবেষণার জন্য উপযুক্ত ছিল, কারণ এটি তুলনামূলক বিচ্ছিন্ন। ইউএলএক্স-১, ৩ ও ৪ এত কাছাকাছি যে উৎস-দূষণ এক্সএমএম-নিউটনের বিশ্লেষণ জটিল করে, আর ইউএলএক্স-৮ দলকে ১৯ আর্কসেকেন্ড পর্যন্ত চওড়া একটি বৃত্ত থেকে এর আলো আলাদা করতে দিয়েছে। এর ওপর আগের কাজে, জেমস গ্ল্যাডস্টোন ও রবার্টসের ২০০৯ সালের একটি গবেষণা সহ, ২০০০ থেকে ২০০৪ সালের চারটি চন্দ্রা ও এক্সএমএম-নিউটন পর্যবেক্ষণ ব্যবহার হয়েছিল। গবেষণাপত্র নতুন গবেষণার ৩৯টি পর্যবেক্ষণের ২২টিকে (এক্সএমএম-নিউটনের দুটি, চন্দ্রার একটি আর সুইফটের সবগুলো ১৯টি) এই উৎসের জন্য আগে অনুসন্ধান-না-করা বলে তালিকাভুক্ত করেছে।

তিনটি টেলিস্কোপের ৩৯টি দৃষ্টি

চন্দ্রা উৎক্ষিপ্ত হয় ১৯৯৯ সালের ২৩ জুলাই, এক্সএমএম-নিউটন ১৯৯৯ সালের ১০ ডিসেম্বর আর সুইফট ২০০৪ সালের ২০ নভেম্বর। গবেষণাপত্র বলছে, সুইফটের কিছু পয়েন্টিং এবং একটি চন্দ্রা পর্যবেক্ষণ লক্ষ্য করেছিল এনজিসি ৪৪৯০-এর একটি সুপারনোভা এসএন ২০০৮এএক্সকে, আর একই ক্ষেত্রে ইউএলএক্স-৮ ধরা পড়েছিল। দল যাচাই করেছে সুপারনোভার অবস্থানে এমন কোনো এক্স-রে নেই যা সুইফটের তথ্য দূষিত করতে পারে।

ব্যবহৃত প্রথম পর্যবেক্ষণ চন্দ্রার, ২০০০ সালের ৩ নভেম্বর। শেষটি সুইফটের, ২০২৪ সালের ৪ মে। ব্যবহারযোগ্য এক্সপোজার খুব কম এমন দুটি বাদে দল সব চন্দ্রা ও এক্সএমএম-নিউটন পর্যবেক্ষণ ব্যবহার করেছে, আর সুইফটের সেই পর্যবেক্ষণগুলো রেখেছে যেখানে উৎস নয়েজের তিন গুণের বেশি স্পষ্ট ছিল, যাতে থাকে ১৯টি।

অরু বেরি, সহলেখক যাঁকে বিজ্ঞপ্তি আইআইএ-র শিক্ষক হিসেবে বর্ণনা করেছে, ফলটিকে বলেছেন “এই উৎসের এযাবৎ দীর্ঘতম এক্স-রে গবেষণাগুলোর একটি”। গবেষণাপত্রের নিজের ভাষা, এটি ইউএলএক্স-৮-এর এ পর্যন্ত সবচেয়ে ব্যাপক অনুসন্ধান। গবেষণাপত্র বেরির আইআইএসইআর মোহালির ঠিকানা প্রথমে এবং আইআইএ তৃতীয়তে রেখেছে। প্রথম লেখক বশিষ্ট আইআইএসইআর মোহালির ছাত্র, আর গবেষণাপত্রের কৃতজ্ঞতা-স্বীকারে বলা আছে কাজটি শুরু হয়েছিল আরআরআইয়ের একটি ভিজিটিং স্টুডেন্ট কর্মসূচিতে।

সব তথ্য এসেছে প্রকাশ্য আর্কাইভ থেকে: নাসার হেসার্ক, ইএসএ-র এক্সএমএম-নিউটন আর্কাইভ আর চন্দ্রা ডেটা আর্কাইভ। ভারতের নিজস্ব এক্স-রে মানমন্দির অ্যাস্ট্রোস্যাট এই বিশ্লেষণের অংশ ছিল না।

২৪ বছরের আলো দেখতে কেমন ছিল

উৎসটি পুরো সময় অতি-উজ্জ্বল থেকেছে। এর উজ্জ্বলতা বহু বছরের স্কেলে যথেষ্ট বদলেছে আর একটি পর্যবেক্ষণের ভেতরে বদলেছে সামান্য। ছোট সময়সীমায় গবেষণাপত্র ওঠানামা মেপেছে ৩.৭৩ (প্লাস-মাইনাস ১.০৪) গুণ, ২০২০ সালের নভেম্বর থেকে ২০২১ সালের আগস্ট পর্যন্ত প্রায় মাসিক ব্যবধানে নেওয়া একটি চন্দ্রা সিরিজে, এবং ২.৫৯ (প্লাস-মাইনাস ১.৩৭) গুণ, ২০০৮ সালের মার্চ ও এপ্রিলের সুইফট তথ্যে।

পরিবর্তনের মাত্রা নির্ভর করে বর্ণালি মেলাতে ব্যবহৃত মডেলের ওপর। চাকতি মডেল দেয় প্রতি সেকেন্ডে প্রায় ২ থেকে ৫ গুণ 10³⁹ আর্গের দীপ্তি, আর পাওয়ার-ল মডেল দেয় প্রায় ৩ থেকে ২০ গুণ 10³⁹। সাম্প্রতিক দুটি সুইফট পর্যবেক্ষণ, ২০২২ সালের ১ ডিসেম্বর ও ২০২৪ সালের ৪ মে, তীক্ষ্ণ বৃদ্ধি দেখায়: প্রতি ১০০ সেকেন্ডে প্রায় ২.৪ ও ২.৮ গণনা, আগের ১৭টি সুইফট পর্যবেক্ষণের ০.৬৫ থেকে ১.৫-এর বিপরীতে। লেখকেরা বলছেন, এটি গ্যাস পড়ার হারের বদল প্রতিফলিত করতে পারে, গ্রাস-অবস্থার মধ্যে বদলের বদলে।

বর্ণালিগুলো ১ থেকে ২ কিলোইলেকট্রনভোল্টে শিখর ছোঁয়া একটি মসৃণ একক বক্ররেখা, আলাদা কঠিন বা কোমল কোনো উপাদান ছাড়া। ফোটন সূচক, যা বর্ণনা করে শক্তি বাড়ার সঙ্গে এক্স-রে ফোটনের সংখ্যা কত দ্রুত কমে, ০.৯ থেকে ২.৭ পর্যন্ত। চাকতির অভ্যন্তরীণ কিনারা পাওয়া যায় ১.০ থেকে ১.৬ কিলোইলেকট্রনভোল্টের তাপমাত্রায়।

আমাদের নিজের ছায়াপথের বহু কৃষ্ণগহ্বর-যুগল স্বতন্ত্র কঠিন ও কোমল অবস্থার মধ্যে দুলতে থাকে, যা কঠিনতা বনাম উজ্জ্বলতার নকশায় একটি পাকানো পথ হিসেবে দেখা দেয়। ইউএলএক্স-৮ দুটির মধ্যে কোনো স্পষ্ট বদল দেখায় না। বিজ্ঞপ্তি এটিকে বর্ণনা করেছে গ্রাস-অবস্থার মধ্যে নাটকীয় রূপান্তরের অনুপস্থিতি হিসেবে।

দল একে কৃষ্ণগহ্বর হিসেবে কীভাবে পড়ছে

দুটি যুক্তিরেখা একই দিকে যায়। প্রথমত, উৎসের কঠিনতা-অনুপাত ০.৮৪ থেকে ৩.০৪ এবং এর ফোটন সূচক এটিকে নিউট্রন-তারা ইউএলএক্সগুলো যে নকশার কঠিনতর অংশে থাকে তার বাইরে রাখে, আর গবেষণাপত্র বলছে এর বর্ণালি অতি-সংকট প্রবাহ থেকে প্রত্যাশিত চাকতি-প্রধান বিকিরণের সঙ্গে মেলে। দ্বিতীয়ত, দল মেলানো চাকতির আকারকে ভরে রূপান্তর করেছে। আসল কোণ অজানা থাকলে সাধারণ পছন্দ, চাকতির ৬০ ডিগ্রি হেলানি ধরলে ফল ঘূর্ণনহীন কৃষ্ণগহ্বরের জন্য প্রায় ১৭ সূর্য আর দ্রুত ঘূর্ণায়মানের জন্য প্রায় ৮১। লেখকেরা এগুলোকে বর্ণনামূলক, মডেল-নির্ভর মান বলেছেন।

গবেষণাপত্রের ভেতরেই দুটি সতর্কতা আছে। চাকতির তাপমাত্রা ও উজ্জ্বলতার সম্পর্ক দুর্বলভাবে সীমাবদ্ধ এবং পাতলা চাকতি ও স্লিম চাকতি দুই চিত্রের সঙ্গেই মেলে, তাই এটি গ্রাস-ব্যবস্থা আলাদা করতে পারে না। আর উজ্জ্বলতা নির্ভর করে দূরত্বের ওপর, যা এখানে নিজেই অনিশ্চিত: গবেষণাপত্র জানিয়েছে প্রতিটি ছায়াপথের তারার হাবল পরিমাপ এনজিসি ৪৪৯০-এর জন্য ৬.৫ মেগাপারসেক আর এনজিসি ৪৪৮৫-এর জন্য ৮.৮ দেয়, যা ঘনিষ্ঠ মিথস্ক্রিয়ার সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়, তাই আগের এক্স-রে গবেষণার সঙ্গে তুলনীয় থাকতে এটি টুলি-ফিশারের ৭.৮ মেগাপারসেক রেখেছে।

সীমায়, কাছাকাছি, না ছাড়িয়ে

বিজ্ঞপ্তি তার সিদ্ধান্ত দুইভাবে বলেছে। একটি অনুচ্ছেদ ফলকে বলেছে ধ্রুপদী এডিংটন সীমা ছাড়ানো হারে গ্রাস করা একটি কৃষ্ণগহ্বরের জোরালো প্রমাণ। পরের একটি অনুচ্ছেদ বলেছে ইউএলএক্স-৮ সম্ভবত সীমায় বা তার কাছাকাছি গ্রাস করা একটি নাক্ষত্রিক-ভরের কৃষ্ণগহ্বর। গবেষণাপত্রের সারসংক্ষেপ দ্বিতীয় রূপটি ব্যবহার করেছে: ফল এডিংটন সীমায় বা তার কাছাকাছি কাজ করা একটি নাক্ষত্রিক-ভরের কৃষ্ণগহ্বরের সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ। বিজ্ঞপ্তির পুনরাবৃত্তি করা আইবিজি নিউজও দিয়েছে “সীমায় বা তার কাছাকাছি”। এই লেখা গবেষণাপত্রকে অনুসরণ করেছে।

এরপর কী

বিজ্ঞপ্তি দুটি যন্ত্রের নাম করেছে যা এই তথ্যভান্ডার বাড়াতে পারে: ইউরোপীয় মহাকাশ সংস্থার নিউঅ্যাথিনা এক্স-রে মানমন্দির এবং ভারতের প্রস্তাবিত এক্সস্যাট, যাকে বর্ণনা করা হয়েছে পরবর্তী প্রজন্মের টাইমিং ও বর্ণালিবীক্ষণ মিশন হিসেবে। এই লেখার জন্য দেখা সূত্রগুলোতে এক্সস্যাট নিয়ে আর কোনো বিবরণ আসেনি। আইআইএ ও আরআরআই, যেখানে কাজের বেশিরভাগ হয়েছে, দুটিই বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি বিভাগের স্বায়ত্তশাসিত প্রতিষ্ঠান। নিউঅ্যাথিনা মিশনের পাতা ২০৩৭ সালে উৎক্ষেপণের পরিকল্পনা দিয়েছে, আর ইএসএ-র গ্রহণ লক্ষ্য ২০২৭ সালে।