खगोलविदों के पास अब एक ब्रह्मांडीय कोल्ड केस का सबूत हो सकता है: ब्रह्मांड की सबसे बड़ी आकाशगंगाओं में इतने कम तारे क्यों हैं। एक्स-रे इमेजिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी मिशन (XRISM) के नए डेटा से पता चलता है कि सुपरमैसिव ब्लैक होल ही दोषी हैं, जो तारे बनाने के लिए आवश्यक गैस को उड़ा रहे हैं।
वर्तमान मॉडल भविष्यवाणी करते हैं कि सबसे विशाल आकाशगंगाओं में तारकीय द्रव्यमान की भरमार होनी चाहिए, लेकिन अवलोकन एक महत्वपूर्ण कमी दिखाते हैं। मिशिगन विश्वविद्यालय की डॉक्टरेट छात्रा शिन "सिंडी" जियांग ने एक प्रमुख स्पष्टीकरण की जांच करने के लिए XRISM डेटा का उपयोग किया और सबूत पाया जो सीधे ब्लैक होल की ओर इशारा करता है।
अधिकांश लोग ब्लैक होल को ऐसी वस्तुओं के रूप में जानते हैं जिनका गुरुत्वाकर्षण इतना मजबूत होता है कि प्रकाश भी बच नहीं सकता। हालांकि, ब्लैक होल अपने चारों ओर अत्यंत चमकीले क्षेत्र भी बना सकते हैं। जैसे-जैसे गैस और धूल अंदर की ओर सर्पिल होते हैं, वे एक अभिवृद्धि डिस्क बनाते हैं जो भारी मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करती है, जिसमें शक्तिशाली एक्स-रे शामिल हैं।
अभिवृद्धि डिस्क ब्रह्मांड में सबसे ऊर्जावान वातावरणों में से एक हैं। ब्लैक होल की ओर गिरने वाली सामग्री गुरुत्वाकर्षण और घर्षण से गर्म होकर अत्यधिक गर्म प्लाज्मा बन जाती है। साथ ही, डिस्क पदार्थ के शक्तिशाली बहिर्वाह को लॉन्च कर सकती है।
ये हवाएँ इतनी मजबूत हो सकती हैं कि वे आकाशगंगा से गैस को बाहर निकाल सकती हैं। चूंकि गैस नए तारे बनाने के लिए आवश्यक कच्चा माल है, ऐसे बहिर्वाह भविष्य में तारा निर्माण को काफी कम कर सकते हैं।
XRISM के डेटा इस संभावना का समर्थन करते हैं। यह मिशन जापानी एयरोस्पेस एक्सप्लोरेशन एजेंसी के नेतृत्व में NASA और यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी की साझेदारी में है।
"पहले, XRISM के बिना, हम बहिर्वाह की केवल व्यापक विशेषताएं देख सकते थे," जियांग ने कहा। "लेकिन महत्वपूर्ण प्रश्नों का उत्तर देने के लिए आपको बारीक विशेषताओं को हल करने में सक्षम होना चाहिए। उनकी संरचना और ज्यामिति क्या है? हवाएँ कैसे और कब लॉन्च होती हैं?"
2023 में लॉन्च किया गया XRISM, 2024 के पतन में वैज्ञानिक अवलोकन शुरू किया। इसकी ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन अपने पूर्ववर्ती से लगभग 10 गुना बेहतर है, जिससे खगोलविद ब्लैक होल के वातावरण की अधिक विस्तार से जांच कर सकते हैं।
जियांग और उनके सहयोगियों ने NGC 4151 पर ध्यान केंद्रित किया है, जो पृथ्वी से लगभग 50 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर स्थित एक चमकीली आकाशगंगा है। इसके केंद्र में एक सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक (AGN) है, जहां एक सुपरमैसिव ब्लैक होल सक्रिय रूप से सामग्री का उपभोग कर रहा है और एक चमकदार अभिवृद्धि डिस्क उत्पन्न कर रहा है। यह NGC 4151 को ब्लैक होल-संचालित बहिर्वाह के अध्ययन के लिए एक आदर्श प्रयोगशाला बनाता है।
"XRISM के साथ, हमारे पास सबसे चमकीले AGN का अवलोकन करने का सबसे बड़ा रिज़ॉल्यूशन है और हम बहिर्वाह के बारे में सबसे समृद्ध जानकारी प्राप्त कर रहे हैं जो हमने अब तक एक अभिवृद्धि डिस्क के लिए देखी है," जियांग ने कहा।
मिशिगन विश्वविद्यालय के खगोल विज्ञान के प्रोफेसर जॉन मिलर के साथ काम करते हुए, जियांग ने पहले दिखाया था कि NGC 4151 की अभिवृद्धि डिस्क से हवाएँ सिस्टम से सामग्री को बाहर निकालने के लिए पर्याप्त गति तक पहुँच सकती हैं। उन्होंने इन बहिर्वाहों को चलाने वाले संभावित तंत्र की भी पहचान की - मैग्नेटोसेंट्रीफ्यूगल ड्राइविंग, जो सौर ज्वालाओं को सेट करने के समान है।
कैलिफोर्निया के पासाडेना में अमेरिकन एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी की 248वीं बैठक में, जियांग ने यह निर्धारित करने के लिए एक नई विधि प्रस्तुत की कि NGC 4151 की शक्तिशाली हवाएँ कब सक्रिय होती हैं। यह दृष्टिकोण शोधकर्ताओं को अन्य आकाशगंगाओं में समान बहिर्वाह की पहचान करने और पूरे ब्रह्मांड में AGN की समझ में सुधार करने में मदद कर सकता है।
चूंकि AGN हवाएँ समय के साथ नाटकीय रूप से बदल सकती हैं, जियांग को यह पता लगाने का एक तरीका चाहिए था कि सबसे तेज़ और सबसे मजबूत बहिर्वाह कब हुए। ऐसा करने के लिए, उन्होंने NGC 4151 के सैकड़ों दिनों के XRISM अवलोकनों का विश्लेषण किया।
उनका काम उन अवधियों पर केंद्रित था जब आकाशगंगा का एक्स-रे उत्पादन ज्वालाओं में चमकता था और इस पर कि एक्स-रे सिग्नल उसके बाद के घंटों में कैसे विकसित हुआ।
चमक मापने के अलावा, जियांग ने अध्ययन किया कि क्या पता लगाए गए एक्स-रे अपेक्षाकृत कठोर या नरम थे, एक गुण जो दृश्य प्रकाश में रंग के बराबर है। उन्होंने इन मापों को एक नए मीट्रिक में संयोजित किया जिसे कलर इंटेंसिटी इंडेक्स कहा जाता है। मिलर ने नाम को छोटा करके "सिंडिसिटी" रखने का सुझाव दिया।
"आंशिक रूप से क्योंकि मेरा नाम सिंडी है," जियांग ने कहा। "लेकिन विचार यह है कि, भविष्य में, आप मुझे अपने स्रोत की सिंडिसिटी बता सकते हैं।"