२८ सप्टेंबर २०१५ रोजी पाच उपकरणांसह प्रक्षेपित झालेल्या ॲस्ट्रोसॅटने दशकभर काम केले, ९.३ अब्ज प्रकाशवर्षे दूरच्या दीर्घिकेतून येणारा एक्स्ट्रीम अतिनील प्रकाश टिपला आणि क्रॅब पल्सरच्या क्ष-किरणांचे ध्रुवीकरण मोजले

ॲस्ट्रोसॅट, ज्याचे वर्णन इस्रो पहिली समर्पित भारतीय खगोलशास्त्रीय मोहीम असे करते, दहा वर्षे कक्षेत आहे. २८ सप्टेंबर २०१५ रोजी PSLV-C30 रॉकेटने तिला श्रीहरिकोटा येथून अवकाशात नेले, आणि तिची पाच उपकरणे एकाच वेळी अतिनील, दृश्य प्रकाश आणि क्ष-किरणांत त्याच वस्तूंचा अभ्यास करतात. तिच्या अतिनील दुर्बिणीने ९.३ अब्ज प्रकाशवर्षे दूरच्या एका दीर्घिकेतून येणारा एक्स्ट्रीम अतिनील प्रकाश टिपला आहे, आणि तिच्या क्ष-किरण कॅमेऱ्याने क्रॅब पल्सरच्या ३३ मिलिसेकंदांच्या प्रत्येक फेरीत त्याच्या क्ष-किरणांचे ध्रुवीकरण कसे असते ते मोजले आहे.

२८ सप्टेंबर २०१५ रोजी काय अवकाशात गेले

इस्रोचे मोहीम पान ॲस्ट्रोसॅटचे प्रक्षेपणावेळचे वस्तुमान १,५१५ किलो आणि कक्षा ६५० किमी उंचीवर, विषुववृत्ताशी ६ अंशांनी कललेली अशी देते. PSLV-C30 हे पोलर सॅटेलाइट लाँच व्हेईकलचे ३१ वे उड्डाण आणि सलग ३० वे यश होते. त्याने कॅनडा, इंडोनेशिया आणि अमेरिकेचे सहा लहान उपग्रहही कक्षेत सोडले, म्हणजे एकूण सात. नंतरच्या एका PSLV ने एकाच प्रक्षेपणात १०४ उपग्रह नेले, ज्याबद्दल आम्ही PSLV-C37 वरील लेखात लिहिले आहे.

वेगळे झाल्यानंतर ॲस्ट्रोसॅटचे दोन सौर पॅनेल आपोआप उघडले. इस्रोच्या म्हणण्यानुसार पहिले सहा महिने पेलोड तपासण्यात आणि त्यांचे अंशांकन करण्यात गेले, आणि त्यानंतर वैज्ञानिक निरीक्षणे सुरू झाली. इस्रोच्या टेलिमेट्री नेटवर्कचे बंगळुरू येथील मिशन ऑपरेशन्स कॉम्प्लेक्स उपग्रह चालवते. बंगळुरूजवळील बयलालू येथील भारतीय अवकाश विज्ञान माहिती केंद्र पाचही पेलोड जे पाठवतात ते प्रक्रिया करून साठवते आणि वितरित करते. किमान उपयुक्त आयुष्य पाच वर्षे ठरवले होते. इस्रोची सौर वेधशाळा, आदित्य-एल१, २०२३ मध्ये प्रक्षेपित झाली.

इस्रो पाच वैज्ञानिक उद्दिष्टे सांगते: न्यूट्रॉन तारे आणि कृष्णविवरे असलेल्या द्वैती तारा प्रणालींमधील उच्च ऊर्जेच्या प्रक्रिया समजून घेणे, न्यूट्रॉन ताऱ्यांची चुंबकीय क्षेत्रे मोजणे, मंदाकिनीपलीकडील तारा प्रणालींमधील तारा जन्माचे प्रदेश आणि उच्च ऊर्जेच्या प्रक्रियांचा अभ्यास करणे, थोड्या काळासाठी तेजस्वी होणारे नवे क्ष-किरण स्रोत शोधणे, आणि अतिनीलमध्ये आकाशाचे मर्यादित सखोल सर्वेक्षण करणे.

एका उपग्रहावर पाच उपकरणे

ॲस्ट्रोसॅटमागची कल्पना एकाच वेळेची आहे. अनेक वस्तूंची तेजस्विता सेकंदांत किंवा तासांत बदलते, त्यामुळे एखादी वस्तू आज अतिनीलमध्ये आणि पुढच्या महिन्यात क्ष-किरणांत पाहिली तर ती कोणत्याही एका क्षणी काय करत होती ते कळत नाही. इस्रोचे मोहीम पान याला मोहिमेचे अद्वितीय वैशिष्ट्य म्हणते: एकाच उपग्रहावरून एका वस्तूची वर्णपटभर एकाच वेळी निरीक्षणे.

अल्ट्रा व्हायोलेट इमेजिंग टेलिस्कोप (UVIT) दूरच्या अतिनीलमध्ये (१३० ते १८० नॅनोमीटर), जवळच्या अतिनीलमध्ये (२०० ते ३०० nm) आणि दृश्य प्रकाशात (३२० ते ५५० nm) प्रतिमा घेतो, आणि प्रत्येक वाहिनीत फोटॉन मोजणारा संसूचक आहे. दुर्बिणीचा व्यास ३८ सेंमी आहे, आणि AUDFs01 निकालावरील इस्रोचे पत्रक सांगते की UVIT भारतातील IIA, IUCAA आणि TIFR आणि कॅनडाची अवकाश संस्था यांच्या चमूंनी बनवला, ज्याचे नेतृत्व IUCAA चे शाम टंडन यांनी केले. अवकाशातून येणारा अतिनील प्रकाश जमिनीवरून दिसत नाही, कारण पृथ्वीचे वातावरण तो शोषून घेते.

सॉफ्ट एक्स-रे टेलिस्कोप (SXT) ही ०.३ ते ८ keV कव्हर करणारा CCD कॅमेरा असलेली केंद्रित क्ष-किरण दुर्बीण आहे. keV, म्हणजे किलोइलेक्ट्रॉनव्होल्ट, हे क्ष-किरण खगोलशास्त्रज्ञ वापरतात ते ऊर्जेचे एकक आहे, आणि मोठा आकडा म्हणजे अधिक कठीण, अधिक भेदक क्ष-किरण. लार्ज एरिया एक्स-रे प्रपोर्शनल काउंटर्स (LAXPC) हे ३ ते ८० keV साठी तीन एकसारखे संसूचक आहेत, ज्यांचे प्रभावी क्षेत्रफळ ५ ते ३० keV दरम्यान ८,००० चौरस सेंटिमीटरांहून अधिक आहे. ते चित्रे बनवत नाहीत. एक अंशाच्या दृश्यक्षेत्रात स्रोताची एकूण तेजस्विता कशी बदलते ते ते नोंदवतात.

कॅडमियम झिंक टेल्युराइड इमेजर (CZTI) हा १० ते १०० keV साठीचा कठीण क्ष-किरण कॅमेरा आहे, जो कोडेड मास्कमधून ढोबळ प्रतिमा बनवतो. मास्क म्हणजे उघड्या आणि बंद चौकोनांची एक पट्टी, जिच्या सावलीच्या नमुन्यावरून क्ष-किरण कुठून आले ते कळते. त्याच्या संसूचकात १६,३८४ पिक्सेल आहेत. स्कॅनिंग स्काय मॉनिटर (SSM) २.५ ते १० keV कव्हर करतो आणि ज्ञात स्रोत पाहताना नवे क्ष-किरण क्षणिक स्रोत शोधतो. एक लहान विद्युतभारित कण मॉनिटर उपग्रह उच्च ऊर्जेच्या कणांच्या प्रदेशांतून जात असताना उपकरणांना इशारा देतो.

कोणी काय बनवले, आणि लागलेली पंधरा वर्षे

इस्रोची दशकपूर्तीची नोंद सांगते की इस्रो केंद्रांनी (URSC, LEOS, SAC, VSSC आणि PRL) आणि संशोधन संस्थांनी (TIFR, IIA आणि IUCAA) पाचपैकी चार पेलोड विकसित केले, UVIT वर कॅनडाची अवकाश संस्था आणि SXT वर युनायटेड किंगडममधील लेस्टर विद्यापीठ भागीदार होते.

TIFR चे ए. आर. राव, जे CZTI चे प्रमुख संशोधक होते, त्यांनी TIFR च्या अवकाश खगोलशास्त्राच्या २०२३ मधील इतिहासात वाटणी दिली आहे. LAXPC, SXT आणि CZTI देण्याची मुख्य जबाबदारी TIFR ने घेतली. बंगळुरूतील IIA कडे UVIT ची जबाबदारी होती. पुण्यातील IUCAA ने SSM आणि CZTI वर, बंगळुरूतील RRI ने LAXPC वर, आणि अहमदाबादमधील PRL ने CZTI च्या ध्रुवीकरण बाजूवर काम केले. SSM ची रचना, बांधणी आणि हस्तांतरण ISRO Satellite Centre येथे झाले, आणि CZTI तिरुवनंतपुरमच्या VSSC येथे जुळवले आणि तपासले गेले. CZTI च्या कामावरील इस्रोचे पत्रक पुढे म्हणते की अहमदाबादच्या SAC ने त्याचे विश्लेषण सॉफ्टवेअर पुरवले आणि IUCAA ने त्याचा कोडेड मास्क रचला आणि पेलोड ऑपरेशन केंद्र चालवते.

राव लिहितात की प्रकल्पाला २००० मध्ये तत्त्वतः आणि २००३ मध्ये औपचारिक मंजुरी मिळाली, प्रक्षेपणाचे लक्ष्य २००६ होते, आणि तो पूर्ण होण्यास पंधरा वर्षे लागली. ते TIFR चे पी. सी. अग्रवाल आणि IUCAA चे एस. एन. टंडन यांची नावे त्याचे प्रेरक म्हणून घेतात. इस्रोची स्वतःची सुरुवात कशी झाली त्यासाठी विक्रम साराभाई यांच्यावरील लेख पाहा.

एक्स्ट्रीम अतिनील प्रकाश बाहेर सोडणारी दीर्घिका

इस्रो ॲस्ट्रोसॅटच्या शोधांमध्ये सर्वात आधी जो निकाल ठेवते तो AUDFs01 या दीर्घिकेच्या संसूचनाचा आहे, जी ९.३ अब्ज प्रकाशवर्षे दूर आहे, आणि हबल स्पेस टेलिस्कोपने एक्स्ट्रीम डीप फील्ड म्हणून ज्याची प्रतिमा घेतली त्या क्षेत्रात आहे. IUCAA चे कनक साहा यांच्या नेतृत्वाखालील चमूने, भारत, स्वित्झर्लंड, फ्रान्स, अमेरिका, जपान आणि नेदरलँड्समधील सहकाऱ्यांसह, २४ ऑगस्ट २०२० रोजी नेचर ॲस्ट्रोनॉमीमध्ये ते प्रसिद्ध केले.

संबंधित प्रकाश म्हणजे लायमन कंटिन्युअम उत्सर्जन, तरुण ताऱ्यांकडून येणारे आयनीकरण करणारे विकिरण, जे हायड्रोजन अणूंमधून इलेक्ट्रॉन काढून टाकू शकते. महास्फोटानंतर काही शे दशलक्ष वर्षांनी विश्वाचा अंधारकाळ संपवण्याइतका तो प्रकाश कोणत्या वस्तूंनी निर्माण केला ते खगोलशास्त्रज्ञांना जाणून घ्यायचे आहे. असा जवळजवळ सर्व प्रकाश दीर्घिकेच्या आत किंवा पृथ्वीकडे येताना वाटेत वायूमध्ये शोषला जातो, त्यामुळे त्यातील थोडा सापडणेही दुर्मीळ आहे. शोधनिबंध १.४२ रेडशिफ्टवरील कमी वस्तुमानाच्या दीर्घिकेतून २० टक्क्यांहून अधिक सुटका अंश नोंदवतो, म्हणजे आयनीकरण करणाऱ्या प्रकाशाच्या पाचव्या भागापेक्षा जास्त बाहेर पडला. लेखक म्हणतात की गळती करणाऱ्या दीर्घिका ०.४ पेक्षा कमी आणि २.५ ते ३.५ दरम्यानच्या रेडशिफ्टवर सापडल्या होत्या, पण या मधल्या अंतरावर नाही, जे विश्वातील तारानिर्मितीच्या शिखराजवळ आहे.

इस्रोच्या पत्रकात साहा यांचे म्हणणे उद्धृत केले आहे की “अधिक शक्तिशाली HST ने नाही” टिपले तेव्हा UVIT ने उत्सर्जन नोंदवले हे इतरांना पटवण्यात अडचण येईल अशी चमूची अपेक्षा होती, आणि संसूचन हबलवरील संसूचकांपेक्षा UVIT च्या कमी पार्श्वभूमी आवाजामुळे झाले असे ते नमूद करते. जिनिव्हा वेधशाळेच्या ॲन व्हर्हॅम यांनी असे म्हटल्याचे उद्धृत केले आहे की AUDFs01 या एक्स्ट्रीम अतिनील क्षेत्रातील पहिले निरीक्षणात्मक बंधन देते.

सूरज धिवार, साहा आणि सहकाऱ्यांचा पाठपुरावा करणारा शोधनिबंध, जो जानेवारी २०२४ मध्ये प्रसिद्ध झाला आणि ॲस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्सने स्वीकारला, दुसऱ्या एका सखोल क्षेत्रात सुमारे १.१ ते १.६ रेडशिफ्टवरील नऊ दीर्घिका आणि एका सक्रिय दीर्घिका केंद्रकातून लायमन कंटिन्युअम नोंदवतो, ज्यांचे सुटका अंश सुमारे १० ते ५५ टक्के आहेत.

क्रॅब पल्सर आणि गॅमा किरण स्फोटांतील क्ष-किरण ध्रुवीकरण

ध्रुवीकरण म्हणजे प्रकाशलहरीचे विद्युत क्षेत्र ज्या दिशेने दोलायमान होते ती दिशा, आणि ती स्रोताजवळच्या चुंबकीय क्षेत्रांबद्दल माहिती देते. इस्रोचे म्हणणे असे की क्ष-किरण ध्रुवीकरण १९७५ मध्ये क्रॅब तेजोमेघातून दिसले होते आणि त्यानंतर कोणत्याही दुसऱ्या स्रोतातून नाही, कारण ते मोजणे फार कठीण आहे.

CZT इमेजर ते दोन शेजारच्या पिक्सेलमध्ये विखुरणारे क्ष-किरण फोटॉन मोजून मोजतो. जर अशा जोड्या योगायोगाने शक्य होईल त्यापेक्षा जास्त वेळा एका दिशेने रेषेत आल्या, तर क्ष-किरण ध्रुवीकृत असतात. PRL अहमदाबादचे संतोष वडावले यांच्या नेतृत्वाखालील चमूने प्रक्षेपणापूर्वी जमिनीवर ही पद्धत तपासली, क्रॅब पल्सरचे सुमारे अठरा महिने निरीक्षण केले आणि महिन्यांच्या अंतराने घेतलेली माहिती एकत्र केली. वेळेची अचूकता मायक्रोसेकंदांपर्यंत राखण्यासाठी पुण्याजवळील जायंट मीटरवेव्ह रेडिओ टेलिस्कोप आणि उटीच्या रेडिओ दुर्बिणीने पल्सरच्या रेडिओ स्पंदांचा मागोवा घेतला आणि वेळेचे प्रतिमान पुरवले. हा शोधनिबंध नोव्हेंबर २०१७ मध्ये नेचर ॲस्ट्रोनॉमीमध्ये प्रसिद्ध झाला.

निष्कर्ष असा होता की चक्राच्या “ऑफ-पल्स” भागात, जेव्हा पल्सरकडून कोणतेही योगदान अपेक्षित नव्हते, तेव्हा ध्रुवीकरण सर्वात जास्त बदलले. इस्रोच्या पत्रकात IUCAA चे दीपंकर भट्टाचार्य यांचे म्हणणे उद्धृत केले आहे की या निकालातून सैद्धांतिक शास्त्रज्ञांना कळते की पल्सरचे उत्सर्जन ऑफ-पल्स प्रदेश समजल्या गेलेल्या भागातही पसरते.

CZTI गॅमा किरण स्फोटांसाठीही व्यापक कोनाचा मॉनिटर म्हणून काम करतो, म्हणजे यादृच्छिक दिशांतून येणाऱ्या गॅमा किरणांच्या क्षणिक लखलखाटांसाठी. वडावले आणि भट्टाचार्य यांच्यासह एका चमूने त्याने पहिल्या वर्षात टिपलेल्या ११ सर्वात तेजस्वी स्फोटांचे विश्लेषण केले. १०० ते ३०० keV श्रेणीत पाचांमध्ये सुमारे ३ सिग्मा किंवा त्याहून अधिक ध्रुवीकरण दिसले, एकात सुमारे २ सिग्मा, आणि उरलेल्या पाचांमधून फक्त वरच्या मर्यादा मिळाल्या. २०१९ मधील ॲस्ट्रोफिजिकल जर्नलमधील शोधनिबंध म्हणतो की स्फोट विकिरण कसे सोडतात याबद्दलच्या स्पर्धक प्रतिमानांमध्ये फरक करण्यासाठी तो नमुना खूपच लहान आहे, आणि अधिक निरीक्षणांमुळे मदत होईल.

फुलपाखरू, तारुण्य परत मिळवलेला तारा आणि कृष्णविवराचे परिवलन

इस्रोचे पिक्चर ऑफ द मंथ संग्रह IIA च्या खगोलशास्त्रज्ञांचे अनेक UVIT निकाल नोंदवतो. एन. कामेश्वर राव आणि सहकाऱ्यांनी सुमारे ३,८०० प्रकाशवर्षे दूरच्या बटरफ्लाय तेजोमेघ NGC 6302 ची प्रतिमा घेतली. दूरच्या अतिनीलमध्ये वायू केंद्रापासून ५.५ प्रकाशवर्षांपर्यंत पसरलेला दिसतो, जे दृश्य प्रकाशात दिसणाऱ्या विस्ताराच्या जवळजवळ तिप्पट आहे. ते याचे कारण केंद्रातील ताऱ्याने उत्तेजित केलेले हायड्रोजन रेणू असे सांगतात, आणि केंद्रात दोन तारे असू शकतात असे ते सुचवतात. हे काम २०१८ मध्ये ॲस्ट्रोनॉमी अँड ॲस्ट्रोफिजिक्समध्ये प्रसिद्ध झाले.

स्नेहलता साहू आणि सहकाऱ्यांनी सुमारे ५२,००० प्रकाशवर्षे दूरच्या गोलाकार तारकागुच्छ NGC 5466 वर UVIT वापरला. त्यांना आढळले की ब्लू स्ट्रॅगलर तारा, म्हणजे शेजाऱ्यांपेक्षा तरुण दिसणारा तारा, याने व्हाइट ड्वार्फ बनलेल्या साथीदाराकडून वस्तुमान मिळवले होते. इस्रोचे पान म्हणते की गोलाकार तारकागुच्छात आढळलेली ही फक्त दुसरीच अशी जोडी आहे.

इस्रोची दशकपूर्तीची नोंद पहिला वैज्ञानिक निकाल, म्हणजे अतिनील आणि इन्फ्रारेड दोन्हीत असामान्य तेजस्वी रेड जायंट ताऱ्याबद्दलचे एक कोडे, तसेच दीर्घिकांचे विलीनीकरण आणि ज्यांना ती फार वेगाने फिरणारी कृष्णविवरे म्हणते ती, यांचीही यादी देते. राव यांचा इतिहास पुढे सांगतो की LAXPC ने कृष्णविवर GRS 1915+105 चे अनेक वेळा निरीक्षण केले आणि नवी मध्यवर्ती अवस्था शोधली, SXT ने ताऱ्यांचे कोरोना उत्सर्जन मोजले, आणि LAXPC व SXT यांच्या एकत्रित माहितीने कृष्णविवराचे परिवलन मोजण्यास मदत केली.

माहिती कोण वापरू शकतो

इस्रोने २६ सप्टेंबर २०१८ रोजी ॲस्ट्रोसॅटचे अभिलेखागार जनतेसाठी खुले केले, पाचही पेलोडची माहिती ISSDC च्या AstroBrowse पोर्टलवर उपलब्ध करून. निरीक्षणाचा वेळ प्रस्तावांसाठीच्या आवाहनांद्वारे दिला जातो, ज्यांना अनाउन्समेंट्स ऑफ ऑपॉर्च्युनिटी म्हणतात आणि जी भारतीय आणि आंतरराष्ट्रीय शास्त्रज्ञांसाठी खुली राहिली आहेत. प्रस्ताव आणि माहितीसाठी मदत करण्यास इस्रो आणि IUCAA पुण्यात ॲस्ट्रोसॅट सपोर्ट सेल चालवतात. ISSDC ची मार्गदर्शक तत्त्वे प्रस्ताव देणाऱ्या प्रत्येक चमूला १२ महिन्यांचा मालकी कालावधी देतात, जो प्रक्रिया केलेली माहिती त्यांच्यापर्यंत पोहोचल्याच्या दिवसापासून मोजला जातो, आणि त्यानंतर अभिलेखित माहिती नोंदणीकृत वापरकर्त्यांसाठी खुली होते.

इस्रोची दशकपूर्तीची नोंद ५७ देशांतील जवळपास ३,४०० नोंदणीकृत वापरकर्ते मोजते, आणि म्हणते की ॲस्ट्रोसॅटने खगोलभौतिकी संशोधन १३२ भारतीय विद्यापीठांपर्यंत पोहोचवले आहे, आणि सुमारे निम्मे वापरकर्ते भारतीय शास्त्रज्ञ आणि विद्यार्थी आहेत.

दहा वर्षांनंतर

इस्रोने २८ सप्टेंबर २०२५ रोजी दशकपूर्ती साजरी केली आणि म्हटले की ॲस्ट्रोसॅटने रचनेच्या आयुष्याच्या कितीतरी अधिक काळ काम केले असले तरी पाचही वैज्ञानिक उपकरणे समाधानकारकपणे काम करत आहेत. २९ जानेवारी २०२६ च्या एका पानावर म्हटले आहे की यू. आर. राव सॅटेलाइट सेंटर बंगळुरूमध्ये वैज्ञानिक निकालांचा आढावा घेण्यासाठी, तांत्रिक आव्हानांवर चर्चा करण्यासाठी आणि भविष्यातील दिशांचा विचार करण्यासाठी आंतरराष्ट्रीय परिषद आयोजित करत आहे.

२०२३ मधील आपल्या इतिहासात राव लिहितात की आतापर्यंतचे निकाल, महत्त्वाचे असले तरी, ॲस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्सच्या संग्राह्य अंकाइतका प्रभाव पाडणारे नाहीत, आणि माहितीचा सोपा उपलब्ध मार्ग व अधिक प्रगत विश्लेषण सॉफ्टवेअर यांमुळे उपकरणांच्या खास क्षमतांचा अधिक उपयोग करता येईल. इस्रोची दशकपूर्तीची नोंद म्हणते की वेधशाळेकडून येत्या वर्षांतही नवे निकाल येत राहतील अशी अपेक्षा आहे.