BOAT: अब तक देखा गया सबसे चमकीला गामा-रे बर्स्ट

9 अक्टूबर 2022। ब्रह्मांड के किसी कोने से एक रोशनी निकली — तकरीबन 1.9 अरब साल पहले। और जब वो रोशनी हमारे सौरमंडल तक पहुँची, तो उसने कोई शिष्टाचार नहीं बरता।

गामा-रे डिटेक्टर? चौंधिया गए। सूरज को देखने वाले उपकरण? वो भी झटके से हिल उठे। धरती के ऊपरी वायुमंडल में एक लहर दौड़ गई। और ये रोशनी 14 अरब मील दूर Voyager 1 तक पहुँची — वही यान जो 1977 में हमसे विदा हुआ था — और उस पर भी अपना निशान छोड़ गई।

खगोलशास्त्रियों ने इसे नाम दिया: GRB 221009A। फिर एक उपनाम मिला जो चिपक गया — BOAT। यानी Brightest Of All Time — अब तक का सबसे चमकीला।

और इस बार यह सिर्फ नाम का शोर नहीं था। यह सच था। लेकिन BOAT अपने साथ कुछ ऐसी पहेलियाँ भी लाया जिन पर वैज्ञानिक आज भी माथा खपा रहे हैं। तो चलते हैं — क्या हुआ, क्या नहीं पता, और सबसे होशियार दिमाग किस तरफ इशारा कर रहे हैं।

असल में हुआ क्या?

पहले बुनियादी बात। गामा-रे बर्स्ट ब्रह्मांड का सबसे बड़ा धमाका है। "लंबे" किस्म के बर्स्ट — जो कुछ सेकंड से ज़्यादा चलते हैं — एक भयानक पल में जन्म लेते हैं: एक विशालकाय, तेज़ घूमता तारा ईंधन खत्म होने पर ब्लैक होल में तब्दील हो जाता है और लगभग प्रकाश की गति से पदार्थ के जेट बाहर फेंकता है (NASA)।

9 अक्टूबर को यही हुआ। NASA का Fermi Gamma-ray Space Telescope और Neil Gehrels Swift Observatory सबसे पहले अलर्ट हुए। फिर Wind अंतरिक्ष यान पर लगे Konus उपकरण, अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर NICER और कई और चीज़ें भी इसकी पुष्टि करने लगीं (NASA)। और फिर एक मज़ेदार — बल्कि अजीब — बात हुई: बर्स्ट इतना तेज़ था कि Fermi के डिटेक्टर अंधे हो गए। बिल्कुल वैसे जैसे कोई कैमरा सीधे सूरज की तरफ कर दो। वैज्ञानिकों को बाद में पेचीदा तरीके से रीडिंग जोड़-जोड़कर असली चमक का हिसाब लगाना पड़ा (The Astrophysical Journal Letters)।

तो कितनी तेज़ चमक थी? Louisiana State University के Eric Burns ने बिना लाग-लपेट के कहा: GRB 221009A "शायद मानव सभ्यता के शुरू होने के बाद से अब तक X-ray और गामा-रे ऊर्जा में सबसे चमकीला बर्स्ट था" (NASA)। एक बार फिर पढ़ें — सभ्यता के शुरू होने के बाद से। यह पुराने रिकॉर्ड को 50 से 70 गुना पीछे छोड़ गया। और जब वैज्ञानिकों ने करीब 7,000 ज्ञात बर्स्ट का हिसाब लगाया, तो एक चौंकाने वाली संख्या सामने आई: इतना चमकीला बर्स्ट हर 10,000 साल में एक बार होता है (NASA)।

यह इतना खास क्यों था? दो ब्रह्मांडीय किस्मतें। पहली — यह करीब था। प्रकाश का विश्लेषण करने पर पता चला कि इसका redshift z = 0.151 था — कुछ अरब प्रकाश-वर्ष दूर — जो इसे अब तक पकड़े गए सबसे करीबी "लंबे" GRBs में से एक बनाता है (arXiv preprint, Science Advances)। दूसरी — उसका जेट लगभग सीधे पृथ्वी की तरफ तना हुआ था। फर्क समझो: एक टॉर्च जो तिरछी गुज़रे, और एक जो सीधे आँखों में आए।

फिर एक और रिकॉर्ड टूटा — इस बार सबसे उग्र ऊर्जा के पैमाने पर। चीन की LHAASO observatory ने 5,000 से ज़्यादा बेहद ऊर्जावान फोटॉन दर्ज किए, जिनमें से कुछ लगभग 18 teraelectronvolt की ऊर्जा ले जा रहे थे। इससे पहले किसी गामा-रे बर्स्ट को 10 TeV से ऊपर कभी नहीं देखा गया था। पुराने रिकॉर्ड 1 से 3 TeV के आसपास थे। यह उन्हें धूल में मिला गया (Science Advances)।

और इसने हमें छुआ भी। ESA के शोधकर्ताओं की एक टीम ने Nature Communications में लिखा कि पृथ्वी के ऊपरी आयनोस्फीयर में — करीब 500 किलोमीटर की ऊँचाई पर — एक हलचल दर्ज हुई जो बर्स्ट के समय से मेल खाती थी। यह पहली बार था जब किसी GRB को हमारे वायुमंडल में इतनी ऊँचाई पर एक लहर से जोड़ा गया (Nature Communications)। घबराइए मत — यह संवेदनशील उपकरणों पर एक हल्की-सी थरथराहट थी, ज़मीन पर किसी को कुछ महसूस नहीं हुआ।

वो फोटॉन जो आ ही नहीं सकते थे

अब असली रहस्य। वो 18 TeV वाली रोशनी? उसे यहाँ होना ही नहीं चाहिए था। और उसका यहाँ होना ब्रह्मांड के काम करने के एक बुनियादी नियम पर सवाल उठाता है।

इतनी ऊर्जावान फोटॉन अरबों प्रकाश-वर्ष का सफर जीवित नहीं कर सकतीं। वजह सूक्ष्म है, लेकिन पक्की। अंतरिक्ष सच में खाली नहीं है। उसमें एक धुंधली, फैली हुई चमक है — "extragalactic background light" — हर उस तारे और आकाशगंगा की मिली-जुली रोशनी जो कभी जली। बेहद ऊर्जावान फोटॉन उस धुंध से गुज़रते वक्त उससे टकराकर खत्म हो जाती हैं और एक कण-प्रतिकण जोड़ी में बदल जाती हैं। 18 TeV पर तो ब्रह्मांड को पूरी तरह धुंधला हो जाना चाहिए (Science Advances)।

फिर हज़ारों ऐसी फोटॉन ब्रह्मांड पार करके चीन के एक डिटेक्टर पर कैसे उतरीं? यही पहेली है, और कोई आरामदेह जवाब नहीं है। शायद आकाशगंगाओं के बीच की जगह हमारे मॉडल से साफ है। शायद कोई चीज़ इन फोटॉनों को धुंध से पार करा रही है। शायद जेट से कण कैसे उड़ते हैं — इसकी हमारी पूरी तस्वीर को नए सिरे से लिखना होगा। अभी कोई नहीं जानता।

और एक और शांत रहस्य भी है। इतनी ज़बरदस्त ऊर्जावान रोशनी के साथ, आप neutrino नाम के भूतिया कणों की भी बारिश की उम्मीद करेंगे। IceCube Neutrino Observatory ने खोज की। उसे कुछ नहीं मिला — बस ऊर्जा की एक विस्तृत सीमा पर ऊपरी सीमाएँ (एक conference preprint, arXiv; अभी peer-reviewed नहीं)। कई मॉडलों ने अब तक के सबसे चमकीले बर्स्ट से neutrino संकेत की भविष्यवाणी की थी। उसकी चुप्पी एक असली बाधा है, और सिद्धांतकार अभी भी इसका मतलब निकाल रहे हैं।

तो माजरा क्या है?

सबसे साधारण (और सबसे संभावित) जवाब। सबसे शांत व्याख्या यह है कि यहाँ कोई नई भौतिकी नहीं है — बस थोड़ा-सा समायोजन। शायद वो पृष्ठभूमि की चमक इस खास दिशा में थोड़ी पतली है। शायद हमारे अवशोषण मॉडल थोड़े ज़्यादा निराशावादी हैं, और उन्हें ज़रा-सा बदलने पर काफी फोटॉन बच जाती हैं जो LHAASO ने देखी (MNRAS Letters)। अभी ज़्यादातर सबूत इसी तरफ झुके हैं।

जंगली जवाब (और हाँ, यह अटकलें हैं)। एक बहुत ही अजीब विचार भी चल रहा है जो "axion-like particles" नाम की काल्पनिक चीज़ों पर टिका है। तर्क यह है: एक गामा-रे थोड़ी देर के लिए इन पंखवाले कणों में बदल जाती है, धुंध से अछूती होकर ब्रह्मांड पार करती है, फिर पृथ्वी के पास वापस गामा-रे बन जाती है। एक ब्रह्मांडीय जादुई गायब होने का खेल (arXiv preprint)। यह असली शोध है, बकवास नहीं — लेकिन साफ कहें तो यह अपुष्ट अटकल है जिसके लिए बिल्कुल नई भौतिकी चाहिए होगी।

ज्यामिति का जवाब। असाधारण चमक की एक peer-reviewed व्याख्या विदेशी कणों से नहीं बल्कि आकार से है। इसे "structured jet" कहते हैं: एक उस्तरे जैसी पतली, अति-तेज़ कोर जो एक चौड़ी, धीमी बाहरी परत में लिपटी है, और वो धधकती कोर लगभग सीधे हमारी तरफ तनी है (Science Advances)। दूसरे शब्दों में, शायद हमें बस एक साधारण राक्षस का असाधारण रूप से भाग्यशाली कोण मिला।

गायब सुपरनोवा। एक गिरते विशालकाय तारे को पीछे एक लाश छोड़नी चाहिए: एक सुपरनोवा। लेकिन शुरुआत में शिकारी उस चकाचौंध में उसे ढूँढ नहीं पाए, और "गायब सुपरनोवा" की अफवाहें फैलने लगीं। फिर 2024 में मामला सुलझ गया। JWST ने बर्स्ट के लगभग 168 से 170 rest-frame दिन बाद सुपरनोवा देख लिया। और यहाँ मज़ेदार मोड़ है: वो बिल्कुल साधारण दिखा। एक SN 1998bw जैसी घटना, लगभग 0.09 सूर्य द्रव्यमान का निकल, और — बताने वाली बात — rapid neutron-capture ("r-process") प्रतिक्रियाओं का कोई संकेत नहीं जो सबसे भारी तत्व बनाती हैं (Nature Astronomy)। निष्कर्ष चुपचाप गहरा है: यहाँ तक कि सबसे चरम बर्स्ट भी सबसे भारी तत्वों के बड़े जखीरे नहीं लगते, और बर्स्ट और सुपरनोवा एक-दूसरे से उतने जुड़े नहीं जितना किसी ने सोचा था।

और यही बात दिमाग में टिकी रहती है। रोशनी तमाम हदों से परे थी — अंधेरे से दस हज़ार साल में एक बार आती चीख। लेकिन जिस तारे ने वो चीख मारी, वो हर मापे जा सकने वाले पैमाने पर लगभग बोरिंग तरह से सामान्य था। एक बेनाम मौत जिसने इतिहास की सबसे चमकीली रोशनी पैदा की — और अभी भी हमें सिखा रही है कि ब्रह्मांड कितना साफ है, और अभी भी कुछ राज़ अपने पास रखे हुए है।

स्रोत और आगे पढ़ें

• NASA, NASA Missions Study What May Be a 1-in-10,000-Year Gamma-Ray Burst: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/nasa-missions-study-what-may-be-a-1-in-10000-year-gamma-ray-burst
• Burns et al., GRB 221009A: The Boat, The Astrophysical Journal Letters: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acc39c
• LHAASO Collaboration, Very high-energy gamma-ray emission beyond 10 TeV from GRB 221009A, Science Advances: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj2778
• Hayes et al., Evidence of an upper ionospheric electric field perturbation correlated with a gamma ray burst, Nature Communications: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42551-5
• Blanchard et al., JWST detection of a supernova associated with GRB 221009A without an r-process signature, Nature Astronomy: https://www.nature.com/articles/s41550-024-02237-4
• O'Connor et al., A structured jet explains the extreme GRB 221009A, Science Advances: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi1405
• IceCube Collaboration, IceCube search for neutrinos from GRB 221009A (ICRC2023 preprint): https://arxiv.org/abs/2307.16354
• What absorbs the early TeV photons of GRB 221009A?, MNRAS Letters: https://academic.oup.com/mnrasl/article/529/1/L19/7468153
• Galanti et al., Deciphering the ~18 TeV photons from GRB 221009A (axion-like particle preprint): https://arxiv.org/abs/2211.04057
• Wikipedia, GRB 221009A (overview/figures cross-check): https://en.wikipedia.org/wiki/GRB_221009A