इलिनॉयस और शिकागो के भौतिकविदों ने ब्रह्मांडीय विस्तार को मापने के लिए एक नई विधि विकसित की

संयुक्त राज्य अमेरिका - इख़बारी समाचार एजेंसी

इलिनॉयस और शिकागो के भौतिकविदों ने ब्रह्मांडीय विस्तार को मापने के लिए एक नई विधि विकसित की

लगभग एक सदी से, वैज्ञानिक समुदाय यह समझता है कि ब्रह्मांड निरंतर विस्तार की स्थिति में है। यह घटना, अग्रणी वैज्ञानिकों के मौलिक कार्य का एक प्रमाण है, जिसे अब व्यापक रूप से हबल स्थिरांक, या हबल-लेमैत्रे स्थिरांक के रूप में जाना जाता है। वर्तमान ब्रह्मांडीय अनुसंधान मुख्य रूप से इस विस्तार दर को मापने के लिए दो अलग-अलग पद्धतियों का उपयोग करता है: कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) और कॉस्मिक डिस्टेंस लैडर।

CMB विधि बिग बैंग से अवशिष्ट विकिरण के रेडशिफ्ट मापों का उपयोग करती है। इसके विपरीत, कॉस्मिक डिस्टेंस लैडर, परिवर्तनशील सितारों और सुपरनोवा जैसी खगोलीय वस्तुओं से प्राप्त लंबन और रेडशिफ्ट मापों पर निर्भर करता है, जिन्हें अक्सर "मानक मोमबत्तियाँ" कहा जाता है। हालांकि, एक स्थायी चुनौती उभरी है: ये दो मुख्य विधियाँ परस्पर विरोधी परिणाम देती हैं। इस विसंगति को "हबल टेंशन" (Hubble Tension) के रूप में जाना जाता है। यह अंतर आज ब्रह्मांड वैज्ञानिकों के सामने आने वाली सबसे महत्वपूर्ण और रहस्यमय समस्याओं में से एक है।

सौभाग्य से, उभरते हुए शोध इस तनाव को हल करने और कॉस्मोलॉजी के मानक मॉडल को मजबूत करने के लिए आशाजनक रास्ते प्रदान करते हैं। एक महत्वपूर्ण हालिया अध्ययन में, इलिनॉयस विश्वविद्यालय और शिकागो विश्वविद्यालय के खगोल भौतिकीविदों, ब्रह्मांड विज्ञानियों और भौतिकविदों की एक बहु-विषयक टीम ने एक नवीन नई विधि का प्रस्ताव दिया है। यह तकनीक अंतरिक्ष-समय में सूक्ष्म लहरों, जिन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंगों (GWs) के रूप में जाना जाता है, का उपयोग करके ब्रह्मांडीय विस्तार की हमारी समझ को परिष्कृत करती है।

इस शोध का नेतृत्व ब्रायस कजिन्स ने किया, जो इलिनॉयस विश्वविद्यालय अर्बाना-शैंपेन में गुरुत्वाकर्षण और ब्रह्मांड संस्थान (IGC) से संबद्ध NSF स्नातक अनुसंधान फेलो हैं। उन्होंने IGC के कई सहयोगियों के साथ-साथ कावली संस्थान फॉर कॉस्मोलॉजिकल फिजिक्स और शिकागो विश्वविद्यालय के एनरिको फर्मी संस्थान के शोधकर्ताओं के साथ मिलकर काम किया। "स्टोकेस्टिक सायरन: एस्ट्रोफिजिकल ग्रेविटेशनल-वेव बैकग्राउंड मेजरमेंट्स ऑफ द हबल कॉन्स्टेंट" नामक उनका मौलिक अध्ययन, 16 जनवरी को प्रतिष्ठित फिजिकल रिव्यू लेटर्स जर्नल में प्रकाशित हुआ था।

हबल टेंशन को हल करने के लिए प्रयासरत वैज्ञानिक विभिन्न सैद्धांतिक समाधानों की खोज कर रहे हैं। ये प्रारंभिक डार्क एनर्जी (EDE) और डार्क मैटर (DM) तथा न्यूट्रिनो के बीच अंतःक्रियाओं को शामिल करने वाली परिकल्पनाओं से लेकर, विकसित हो रहे डार्क एनर्जी डायनामिक्स के जटिल मॉडलों तक हैं। हाल के वर्षों में, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाना भी हबल टेंशन को संबोधित करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण के रूप में उभरा है, जो ब्रह्मांडीय विस्तार को मापने का एक स्वतंत्र तरीका प्रदान करता है।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें, जिन्हें मूल रूप से अल्बर्ट आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई थी, अनिवार्य रूप से अंतरिक्ष-समय के ताने-बाने में गड़बड़ी हैं। वे न्यूट्रॉन सितारों और ब्लैक होल जैसी विशाल वस्तुओं के विलय जैसी विनाशकारी ब्रह्मांडीय घटनाओं द्वारा उत्पन्न होती हैं। इन तरंगों की पहली प्रत्यक्ष पुष्टि 2016 में लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) संचालित करने वाले वैज्ञानिकों द्वारा की गई थी। उपकरण में महत्वपूर्ण प्रगति और मजबूत अंतरराष्ट्रीय सहयोग के माध्यम से, LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) नेटवर्क ने सफलतापूर्वक 300 से अधिक गुरुत्वाकर्षण तरंग घटनाओं का पता लगाया है।

इन पहचानों ने खगोल विज्ञान में नए रास्ते खोले हैं, जिससे वैज्ञानिकों को ब्रह्मांडीय घटनाओं की जांच करने और ब्रह्मांड के विस्तार के मापों को परिष्कृत करने की अनुमति मिली है। वर्तमान शोध इस प्रगति पर आधारित है, जिसमें इन मापों को बेहतर बनाने का एक नया तरीका पहचाना गया है। टीम "गुरुत्वाकर्षण-तरंग पृष्ठभूमि" (GWB) का लाभ उठाने का प्रस्ताव करती है - जो कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों का एक निरंतर भनभनाहट है, जो खगोलीय टकरावों से उत्पन्न होती है, जो वर्तमान LVK नेटवर्क द्वारा व्यक्तिगत रूप से पता लगाने के लिए बहुत कमजोर हैं।

इस नवीन दृष्टिकोण को "स्टोकेस्टिक स्टैंडर्ड सायरन" विधि कहा जाता है। यह नाम उन अनगिनत खगोलीय टकरावों की स्टोकेस्टिक, या यादृच्छिक, प्रकृति से लिया गया है जो GWB में योगदान करते हैं। शिकागो विश्वविद्यालय के प्रोफेसर और अध्ययन के सह-लेखक डैनियल होल्ज़ ने इलिनॉयस विश्वविद्यालय के एक प्रेस विज्ञप्ति में इस विकास के महत्व पर प्रकाश डाला: "यह हर दिन नहीं होता है कि आप ब्रह्मांड विज्ञान के लिए एक पूरी तरह से नया उपकरण लेकर आते हैं। हम दिखाते हैं कि दूर की आकाशगंगाओं में ब्लैक होल के विलय से उत्पन्न पृष्ठभूमि गुरुत्वाकर्षण-तरंग भनभनाहट का उपयोग करके, हम ब्रह्मांड की उम्र और संरचना के बारे में जान सकते हैं। यह एक रोमांचक और पूरी तरह से नया दिशा है, और हम हबल स्थिरांक के साथ-साथ अन्य प्रमुख ब्रह्मांडीय मात्राओं को सीमित करने में मदद करने के लिए भविष्य के डेटासेट पर अपने तरीकों को लागू करने के लिए तत्पर हैं।"

एक अवधारणा के प्रमाण के रूप में, शोधकर्ताओं ने LVK सहयोग से मौजूदा डेटा पर अपनी कार्यप्रणाली लागू की। उनके विश्लेषण से पता चला कि GWB का वर्तमान गैर-पता लगाना धीमी ब्रह्मांडीय विस्तार दर की भविष्यवाणी करने वाले मॉडलों के खिलाफ सम्मोहक सबूत प्रदान करता है। बाद में, उन्होंने अधिक सटीक विस्तार दर प्राप्त करने के लिए व्यक्तिगत ब्लैक होल विलय की घटनाओं से प्राप्त हबल स्थिरांक मापों के साथ अपनी स्टोकेस्टिक सायरन विधि को एकीकृत किया।

कजिन्स ने समझाया, "क्योंकि हम व्यक्तिगत ब्लैक होल टकरावों का निरीक्षण कर रहे हैं, हम पूरे ब्रह्मांड में इन टकरावों की दरों को निर्धारित कर सकते हैं।" "उन दरों के आधार पर, हम उम्मीद करते हैं कि बहुत अधिक घटनाएं होंगी जिन्हें हम देख नहीं सकते हैं, जिसे गुरुत्वाकर्षण-तरंग पृष्ठभूमि कहा जाता है।" यह अंतर्दृष्टि बताती है कि यदि हबल स्थिरांक कम होता, तो उन टकरावों के घटित होने वाले स्थान का आयतन छोटा होता, जिसका अर्थ है कि टकरावों का घनत्व अधिक होता और एक मजबूत GWB संकेत होता, जो संभावित रूप से मौजूदा उपकरणों की पहचान सीमा के भीतर होता।

इलिनॉयस सेंटर फॉर एडवांस्ड स्टडीज ऑफ द यूनिवर्स (ICASU) के संस्थापक निदेशक और सह-लेखक निकोलस यूनस ने इस स्वतंत्र माप के महत्व पर जोर दिया: "यह परिणाम बहुत महत्वपूर्ण है - वर्तमान हबल तनाव को हल करने के लिए हबल स्थिरांक का एक स्वतंत्र माप प्राप्त करना महत्वपूर्ण है। हमारा तरीका गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग करके हबल स्थिरांक के निष्कर्षों की सटीकता को बढ़ाने का एक अभिनव तरीका है।"

LVK नेटवर्क की संवेदनशीलता में नियोजित उन्नयन के साथ, वैज्ञानिक अगले छह वर्षों के भीतर GWB का संभावित पता लगाने की उम्मीद करते हैं। यदि और जब ऐसा होता है, तो टीम की स्टोकेस्टिक सायरन विधि से हबल स्थिरांक के मापों को और परिष्कृत करने की उम्मीद है। इस बीच, इस विधि का उपयोग हबल स्थिरांक के उच्च संभावित मानों को सीमित करने के लिए किया जा सकता है, जिससे GWB के लिए ऊपरी सीमाएँ स्थापित हो सकें और प्रत्यक्ष पहचान संभव होने से पहले प्रारंभिक अध्ययन की अनुमति मिल सके।

कजिन्स ने कहा, "यह भविष्य में इस विधि को लागू करने का मार्ग प्रशस्त करना चाहिए क्योंकि हम संवेदनशीलता बढ़ाते रहते हैं, गुरुत्वाकर्षण-तरंग पृष्ठभूमि को बेहतर ढंग से सीमित करते हैं, और शायद इसका पता भी लगाते हैं।" "उस जानकारी को शामिल करके, हम बेहतर ब्रह्मांडीय परिणाम प्राप्त करने और हबल तनाव को हल करने के करीब आने की उम्मीद करते हैं।"

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