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गैलेक्सीय केंद्र से बाहर निकली एक उच्च-वेग वाली तारे का चित्रण। श्रेय: ESO

हम जानते हैं कि काले छिद्रों के विलय होते हैं क्योंकि हम परिणामी गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगा सकते हैं। लेकिन जब मिल्की वे में काले छिद्रों के विलय के इतिहास को समझने की कोशिश करते हैं, तो खगोलज्ञों को एक अलग तकनीक अपनाने की आवश्यकता होती है। उन्हें फोरेंसिक खगोल विज्ञान करना होगा।

खगोलज्ञ मानते हैं कि सुपरमैसिव काले छिद्र (SMBH) जो अरबों सौर द्रव्यमान तक हो सकते हैं, जैसे मिल्की वे के केंद्र में स्थित हैं। उन्हें लगभग 50 संभावित या पुष्टि किए गए तारकीय द्रव्यमान काले छिद्रों के बारे में भी पता है, जिसमें दर्जनों सौर द्रव्यमान होते हैं, और संभावना है कि इनमें से लाखों और भी होंगे। इंटरमीडिएट मास काले छिद्र (IMBH) अन्य दो श्रेणियों के बीच में होते हैं और इनमें अधिकतम एक लाख सौर द्रव्यमान होते हैं, हालांकि वे इस समय केवल उम्मीदवार के रूप में माने जाते हैं।

एक स्पष्ट निष्कर्ष यह है कि ये सभी संबंधित हैं और कि मिल्की वे में Sgr A* जैसे SMBHs एक लंबे विलय की प्रक्रिया के माध्यम से इतने विशाल बनते हैं। जब खगोलज्ञ मिल्की वे के SMBH विलय के इतिहास को समझने की कोशिश करते हैं, तो उन्हें रचनात्मक होना पड़ता है। नया शोध गैलेक्सीय केंद्र (GC) से बाहर निकले तारों के लिए खोज करके विलय के इतिहास की जांच करता है।

यह शोध "गैलेक्सी केंद्र से बाहर निकले तारों की खोज DESI में" शीर्षक से है, और यह arXiv प्रीप्रिंट सर्वर पर उपलब्ध है। इसे खगोलशास्त्र और खगोल भौतिकी की पत्रिका में भी प्रस्तुत किया गया है। इसके प्रमुख लेखक सिल वेरबर्न हैं, जो नीदरलैंड के लीडेन विश्वविद्यालय के लीडेन वेधशाला से हैं।

DESI, डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट है, जो अमेरिका के किट पीक वेधशाला में मायाल टेलीस्कोप से जुड़ा हुआ एक टेलीस्कोपिक उपकरण है। DESI एक विशाल स्पेक्ट्रोस्कोपिक सर्वेक्षण कर रहा है जिसका उद्देश्य ब्रह्मांड के विस्तार के इतिहास को समझना है और यह भी कि अंधेरी ऊर्जा भौतिकी में क्या भूमिका है। नया शोध DESI डेटा को गाया डेटा के साथ संयोजन करके, विशेष रूप से गैलेक्सी केंद्र से बाहर निकले तारों की जनसंख्या की जांच करता है।

खगोलज्ञों को ज्ञात है कि गैलेक्सी केंद्र से उच्च-वेग वाले कई तारे बाहर निकाले गए हैं, जो Sgr A तारे के साथ इंटरैक्शन के माध्यम से होते हैं। ये सैकड़ों से हजारों किमी/सेकंड की गति से यात्रा करते हैं। लेकिन शोधकर्ता अन्य तारों को खोजने की कोशिश कर रहे थे जो गैलेक्सी केंद्र से कम गति से बाहर निकाले गए हैं। ये काले छिद्रों के विलय के दौरान बाहर निकाले जा सकते हैं, और उनके गैलेक्सी के तारे के हलके में उपस्थिति Sgr A तारे के विलय के इतिहास के बारे में सुराग प्रदान करेगी।

इन तारों को हलके में पहचानना आसान नहीं है। तारा हलका गैलेक्सी हलके का दृश्य भाग है, और यह छोटे गैलेक्सियों के अवशेषों जैसे उपसंरचनाओं से बनी एक जटिल क्षेत्र है जो अवशोषित हो गई हैं। विभिन्न तारे जनसंख्याएँ विभिन्न मूलों के साथ विभिन्न धात्विकता रखती हैं। उनमें से कुछ के पास विभिन्न काइनेमेटिक्स भी होते हैं। इसलिए जबकि तारा हलका मिल्की वे के इतिहास के बारे में सुराग प्रदान करता है, ये सुराग अस्पष्ट होते हैं।

शोधकर्ताओं ने गति और धात्विकता के लिए फ़िल्टर करके बाहर निकाले गए तारों की खोज की।

“इस अध्ययन में, हम DESI के पहले डेटा रिलीज़ का उपयोग करते हैं ताकि इन धीमी GC एक्सिजनाओं की खोज की जा सके, जो स्टेलर हलके जनसंख्या से उनके उच्च धात्विकता ([Fe/H] ≳ 0) और उनके ऊर्ध्वाधर कोणीय संवेग (LZ) के छोटे मानों के लिए खड़ी होने की उम्मीद है,” लेखकों ने लिखा। उनका लक्ष्य GC एक्सिजनाओं की जनसंख्या को संकुचित करना है जो अरबों वर्षों में हलके में बनी हुई हैं।

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“GC के समान धात्विकता वाली अन्य तारे हलके जनसंख्याएँ ज्ञात नहीं हैं, जिससे धात्विकता इस तारे जनसंख्या की पहचान में एक महत्वपूर्ण कारक बन गई है,” लेखकों ने स्पष्ट किया।

शोधकर्ताओं का पहला कदम एक बाहरी GC तारे की जनसंख्या का अनुकरण करना था। इससे उन्हें एक पदचिह्न मिला जिससे वे DESI और गाया के डेटा में इन तारों को पहचान सके। फिर उन्हें इस तारे जनसंख्या की पहचान करनी थी, जबकि यह समझते हुए कि GC एक्सिजनाओं से अप्रासंगिक अन्य जनसंख्याएँ भी कुछ समान पैमाने में होती हैं। ये गाया-सेसॉज/एन्सेलाडस बौनी गैलेक्सी और स्प्लैश के तारे के अवशेष हैं।

“इस कार्य में, हमने जांच की कि क्या हम गैलेक्सी हलके में कम कोणीय संवेग वाले उच्च धात्विकता के तारों की अधिकता को पहचान सकते हैं DESI DR1 के डेटा का उपयोग करके,” लेखकों ने अपनी निष्कर्ष में लिखा। “ऐसी एक जनसंख्या Sgr A तारे के पास बाइनरी तारों के साथ सफल इंटरैक्शन या Sgr A तारे के साथ मध्यवर्गीय या विशाल काले छिद्रों के अतीत के विलय को इंगित कर सकती है।” (हिल्स तंत्र का विघटन उस बाइनरी तारे को संदर्भित करता है जो सुपरमैसिव काले छिद्र के साथ इंटरैक्शन द्वारा विघटित होता है।)

टीम ने पाया कि हलके में कोई तारे नहीं हैं जो Sgr A तारे से जुड़े SMBH विलय से आए थे। जबकि कई वैज्ञानिक प्रयासों में नॉन-डिटेक्शन विफलता की तरह लगता है, इस मामले में ऐसा नहीं है। शोध का उद्देश्य इन तारों की जनसंख्या को संकुचित करना है, और शून्य एक मजबूत संकुचन है।

“हमारा विश्लेषण एक नॉन-डिटेक्शन प्रदान करता है जिसका उपयोग हम GC एक्सिज़न दर को ∼ 5 Gyr के समय अवधि में संकुचित करने के लिए करते हैं,” लेखकों ने लिखा। “विशेष रूप से, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि पिछले ∼ 5 Gyr में औसत एक्सिज़न दर ∼ 2.8 × 10−3 yr−1 से अधिक नहीं हो सकती।” लेकिन यह दर हिल्स तंत्र द्वारा विघटित तारों से आने के लिए अपेक्षित के अनुरूप है।

“हमारे परिणामों का उपयोग एक्सिज़न तंत्रों को संकुचित करने के लिए किया जा सकता है; एक विशेष रूप से दिलचस्प अनुप्रयोग Sgr A तारे के विलय के इतिहास को संकुचित करना है,” लेखकों ने लिखा। “हम उम्मीद करते हैं कि बंधित एक्सिज़न की जनसंख्या का हमारे द्वारा नॉन-डिटेक्शन Sgr A तारे के विलय के इतिहास को अरबों वर्षों की समयावधि पर संकुचित करती है, जिसके बारे में हमें बहुत कम पता है,” लेखकों ने निष्कर्ष निकाला।