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The oldest Milky Way stars: New constraints on the age of the Universe and the Hubble constant

यह शोध पत्र गाया DR3 कैटलॉग के 3,000 प्राचीन सितारों से प्राप्त सुदृढ़ आयु अनुमानों का उपयोग करके ब्रह्मांड की आयु पर एक सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण निचली सीमा स्थापित करता है, जिससे हबल स्थिरांक (हबल कॉन्स्टेंट) पर एक कॉस्मोलॉजी-स्वतंत्र ऊपरी सीमा प्राप्त होती है।

मूल लेखक: Elena Tomasetti, Cristina Chiappini, Samir Nepal, Michele Moresco, Carmela Lardo, Andrea Cimatti, Friedrich Anders, Anna B. A. Queiroz, Guilherme Limberg

प्रकाशित 2026-03-11

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Elena Tomasetti, Cristina Chiappini, Samir Nepal, Michele Moresco, Carmela Lardo, Andrea Cimatti, Friedrich Anders, Anna B. A. Queiroz, Guilherme Limberg

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक विशाल, प्राचीन पुस्तकालय है। दशकों से, कॉस्मोलॉजिस्ट (ब्रह्मांड विज्ञानी) यह पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि इस पुस्तकालय के दरवाजे ठीक कब खुले थे (बिग बैंग) और इसके शेल्फ कितनी तेजी से फैल रहे हैं (हबल स्थिरांक)। लेकिन एक समस्या है: इन दो मुख्य तरीकों से जो उन्होंने इस समय को मापने की कोशिश की है, वे अलग-अलग उत्तर दे रहे हैं, जैसे एक ही कमरे में दो घड़ियाँ अलग-अलग गति से टिक-टिक कर रही हों। यह असहमति "हबल टेंशन" (Hubble Tension) कहलाती है।

इस नए शोध पत्र में, वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक बिल्कुल अलग दृष्टिकोण अपनाने का निर्णय लिया। पूरे पुस्तकालय की बड़ी तस्वीर देखने के बजाय, उन्होंने यह देखने के लिए कि पुस्तकालय कितना पुराना होना चाहिए, शेल्फ पर मौजूद सबसे पुरानी किताबों को देखने का फैसला किया।

यहाँ उनकी खोज की कहानी है, जिसे सरल रूप में समझाया गया है:

1. "सबसे पुरानी किताबों" की खोज

शोधकर्ताओं ने गाइया (Gaia) सैटेलाइट के डेटा का उपयोग किया, जो हमारी मिल्की वे गैलेक्सी में सितारों के लिए एक सुपर-सटीक GPS की तरह है। उनके पास लगभग 2,00,000 सितारों का एक कैटलॉग था।

सितारों को लोगों की तरह समझें। जिस तरह आप किसी व्यक्ति की उम्र उसके झुर्रियों और बालों के रंग को देखकर बता सकते हैं, उसी तरह खगोलशास्त्री किसी तारे की चमक, तापमान और रासायनिक संरचना को देखकर उसकी उम्र बता सकते हैं। हालाँकि, किसी व्यक्ति की उम्र का अनुमान लगाना जितना कठिन हो सकता है, तारे की उम्र का अनुमान लगाना भी उतना ही जटिल है क्योंकि इसमें "सिस्टमैटिक एरर" (जैसे गलत पैमाने का उपयोग करना) की संभावना रहती है।

टीम ने केवल किसी भी पुराने तारे को नहीं चुना। वे सबसे पुराने, सबसे विश्वसनीय "मेन सीक्वेंस टर्न-ऑफ" (Main Sequence Turn-off) और "सबजियंट ब्रांच" (Subgiant Branch) सितारों की तलाश में निकले।

उपमा: एक छात्रों के स्कूल की कल्पना करें। "मेन सीक्वेंस" वह समय है जब वे कक्षा में बैठकर सीखते हैं। "टर्न-ऑफ" वह क्षण है जब वे स्नातक होते हैं और कक्षा छोड़कर किसी अलग रास्ते पर चलते हैं। "सबजियंट" उनके नए करियर का पहला कदम है। उम्र बताने के लिए ये विशिष्ट चरण "स्वीट स्पॉट" हैं क्योंकि इस क्षण में तारे स्पष्ट और पूर्वानुमानित रूप से बदलते हैं, जिससे वे आदर्श कॉस्मिक क्लॉक (ब्रह्मांडीय घड़ियाँ) बन जाते हैं।

2. द ग्रेट फिल्टर (डेटा की सफाई)

टीम के पास 200,000 तारे थे, लेकिन उन्हें बहुत अधिक चयनात्मक होने की आवश्यकता थी। उन्होंने खराब डेटा को हटाने के लिए "फिल्टर्स" की एक श्रृंखला लागू की, ठीक वैसे ही जैसे एक लाइब्रेरियन खराब या गलत जगह रखी गई किताबों को हटाता है।

"19-जीयर" (19-Gyr) ग्लिच: शुरू में, उनके डेटा ने 19 बिलियन वर्ष पुराने सितारों का एक अजीब उछाल दिखाया। लेकिन हम जानते हैं कि ब्रह्मांड केवल लगभग 13.8 बिलियन वर्ष पुराना है! यह मशीन में एक "भूत" (ghost) था—एक गणितीय त्रुटि जहाँ कंप्यूटर भ्रमित हो गया था। टीम ने महसूस किया कि ये संभवतः "संदूषक" (contaminants) थे—यानी ऐसे तारे जो पुराने दिखते थे लेकिन वास्तव में नहीं थे, या बाइनरी स्टार्स जिन्होंने एक-दूसरे से द्रव्यमान चुरा लिया था।
विजुअल इंस्पेक्शन (दृश्य निरीक्षण): सख्त गणितीय परीक्षणों के माध्यम से नंबर चलाने के बाद, टीम ने कुछ बहुत ही मानवीय काम किया: उन्होंने अपनी आँखों से चार्ट देखे। उन्होंने "पोस्टीरियर प्रोबेबिलिटी डिस्ट्रीब्यूशन" (एक फैंसी तरीका यह कहने का कि, "क्या इस तारे की उम्र एक सुंदर, चिकनी बेल कर्व की तरह है, या यह एक बिखरा हुआ, टेढ़ा-मेढ़ा कचरा है?") की जाँच की। यदि कर्व अजीब दिखता था, तो उन्होंने उस तारे को बाहर निकाल दिया।

परिणाम: 200,000 सितारों में से, उन्होंने केवल 160 सितारों के एक "गोल्डन सैंपल" को छाँटा। ये वे सबसे विश्वसनीय और प्राचीन समय-मापक हैं जिन्हें टीम ढूंढ सकी।

3. बड़ी खोज: ब्रह्मांड "पर्याप्त पुराना" है

जब उन्होंने इन 160 सितारों की उम्र मापी, तो औसत 13.6 बिलियन वर्ष आया।

अब, यहाँ महत्वपूर्ण तर्क वाला चरण है:

ब्रह्मांड उन चीजों से अधिक पुराना होना चाहिए जो इसके अंदर मौजूद हैं।
यदि सबसे पुराने तारे 13.6 बिलियन वर्ष के हैं, तो ब्रह्मांड कम से कम उतना पुराना होना चाहिए, और उसमें बिग बैंग के बाद सितारों के वास्तव में बनने के लिए थोड़ा समय भी जोड़ा जाना चाहिए।
एक छोटा सा "फॉर्मेशन डिले" (लगभग 0.2 बिलियन वर्ष) जोड़कर, उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि ब्रह्मांड कम से कम 13.8 बिलियन वर्ष पुराना है।

4. "हबल टेंशन" को सुलझाना

यह क्यों मायने रखता है? क्योंकि ब्रह्मांड की आयु सीधे तौर पर इसके विस्तार की दर (हबल स्थिरांक, या $H_0$ ) से जुड़ी हुई है।

संघर्ष: वैज्ञानिकों का एक समूह (कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड का उपयोग करने वाला) कहता है कि ब्रह्मांड इस दर से फैल रहा है जो इसे 14.0 बिलियन वर्ष पुराना बनाता है। दूसरा समूह (निकटवर्ती सुपरनोवा का उपयोग करने वाला) कहता है कि यह तेजी से फैल रहा है, जिससे यह केवल 12.9 बिलियन वर्ष पुराना हो जाता है।
फैसला: यदि ब्रह्मांड केवल 12.9 बिलियन वर्ष पुराना होता, तो यह सबसे पुराने सितारों से भी छोटा होता (13.6 बिलियन वर्ष)। यह असंभव है! आप अपने बच्चे को अपने माता-पिता से बड़ा नहीं रख सकते।
निष्कर्ष: यह नया अध्ययन एक "रियलिटी चेक" के रूप में कार्य करता है। यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड संभवतः 13.8 बिलियन वर्ष से अधिक पुराना है। यह "धीमी विस्तार" वाली माप (14.0 बिलियन वर्ष के अनुमान) की ओर मजबूती से झुकता है और "तेज विस्तार" वाले अनुमान (12.9 बिलियन वर्ष वाले) को बहुत छोटा होने के कारण खारिज करता है।

मुख्य बात (The Takeaway)

यह शोध पत्र एक जीवाश्म खोजने जैसा है जो यह साबित करता है कि पृथ्वी किसी विशिष्ट भूवैज्ञानिक सिद्धांत द्वारा अनुमानित समय से अधिक पुरानी है। व्यक्तिगत सितारों को सटीक घड़ियों के रूप में उपयोग करके, टीम ने ब्रह्मांड की आयु पर एक निचली सीमा (lower limit) निर्धारित की है।

उन्होंने पाया कि ब्रह्मांड निश्चित रूप से इन प्राचीन सितारों को रखने के लिए पर्याप्त पुराना है। यह "हबल टेंशन" को पूरी तरह से हल नहीं करता है, लेकिन यह मजबूती से एक झंडा गाड़ता है कि: "ब्रह्मांड 13.8 बिलियन वर्ष से छोटा नहीं हो सकता।"

यह एक बड़ी प्रगति है, जो यह साबित करती है कि हम सितारों का उपयोग ब्रह्मांड के इतिहास के स्वतंत्र गवाह के रूप में कर सकते हैं, जो उन जटिल मॉडलों से स्वतंत्र है जिनके कारण विवाद चल रहा है। जैसे-जैसे गाइया सैटेलाइट और अधिक डेटा भेजता रहेगा, हमारे पास और भी अधिक "प्राचीन किताबें" होंगी, जिससे हमारा कॉस्मिक टाइमलाइन और भी सटीक हो जाएगा।

यहाँ टोमासेटी एट अल. (2025) के शोध पत्र "The oldest Milky Way stars: New constraints on the age of the Universe and the Hubble constant" का विस्तृत तकनीकी सारांश दिया गया है।

1. समस्या विवरण (Problem Statement)

यह शोध पत्र "हबल टेंशन" (Hubble Tension) को संबोधित करता है, जो प्रारंभिक ब्रह्मांड (कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड, जैसे कि प्लैंक) से प्राप्त हबल स्थिरांक ( $H_0$ ) के मापों और देर से बने ब्रह्मांड (सेफिड्स और सुपरनोवा, जैसे कि रीस एट अल.) के बीच एक महत्वपूर्ण विसंगति (4–5 $\sigma$ ) है।

द्वंद्व: प्लैंक डेटा $H_0 \approx 67.4$ किमी/सेकंड/एमपीसी (ब्रह्मांड की आयु $t_U \approx 14.0$ बिलियन वर्ष) का संकेत देता है, जबकि स्थानीय माप $H_0 \approx 73.0$ किमी/सेकंड/एमपीसी ( $t_U \approx 12.9$ बिलियन वर्ष) का संकेत देते हैं।
आवश्यकता: ब्रह्मांड की आयु ( $t_U$ ) के लिए स्वतंत्र, कॉस्मोलॉजी-अज्ञेयवादी (cosmology-agnostic) बाधाओं की आवश्यकता है ताकि एक "एंकर पॉइंट" के रूप में कार्य किया जा सके। चूंकि ब्रह्मांड अपने सबसे पुराने घटकों से अधिक पुराना होना चाहिए, इसलिए सबसे पुराने तारों के सटीक माप $t_U$ पर एक निचली सीमा निर्धारित कर सकते हैं, जो बदले में $H_0$ पर एक ऊपरी सीमा निर्धारित करता है।
पूर्ववर्ती सीमाएँ: पिछले अध्ययन छोटे नमूनों (कुछ दर्जन ग्लोबुलर क्लस्टर्स या कुछ ही तारों) पर निर्भर थे या तारकीय मॉडलों में व्यवस्थित अनिश्चितताओं या कॉस्मोलॉजिकल प्रायर्स (आयु व्युत्पत्ति के दौरान एक विशिष्ट $t_U$ मान का उपयोग करना) द्वारा सीमित थे।

2. कार्यप्रणाली (Methodology)

डेटा स्रोत (Data Source)

यह अध्ययन नेपाल एट अल. (2024) के कैटलॉग पर आधारित ~200,000 मेन सीक्वेंस टर्न-ऑफ (MSTO) और सबजियंट ब्रांच (SGB) तारों के एक विशाल डेटासेट का उपयोग करता है, जो Gaia DR3 डेटा पर आधारित है।

इनपुट पैरामीटर: Gaia RVS स्पेक्ट्रा के माध्यम से हाइब्रिड-CNN द्वारा प्राप्त वायुमंडलीय पैरामीटर ( $T_{\text{eff}}$ , $\log g$ , $[M/H]$ ), जिसे Gaia फोटोमेट्री ( $G, B_p, R_p$ ) और 2MASS इन्फ्रारेड डेटा ( $J, H, K_s$ ) के साथ जोड़ा गया है।
आयु व्युत्पत्ति: लेखकों ने बेयसियन आइसोक्रोने फिटिंग कोड StarHorse का उपयोग किया।
- महत्वपूर्ण संशोधन: नेपाल एट अल. (2024) के मूल कार्य के विपरीत, जिसने एक कॉस्मोलॉजिकल प्रायर ( $t_U = 13.73$ बिलियन वर्ष) लगाया था, इस अध्ययन ने ऊपरी आयु सीमा को हटा दिया, जिससे आइसोक्रोने फिटिंग को 0.025 से 20 बिलियन वर्ष की एक समान सीमा को खोजने की अनुमति मिली। यह सुनिश्चित करता है कि आयु अनुमान किसी विशिष्ट कॉस्मोलॉजिकल मॉडल से स्वतंत्र हैं।

कठोर चयन प्रक्रिया (Rigorous Selection Process)

"वास्तविक" पुराने तारों के नमूने को अलग करने और व्यवस्थित पूर्वाग्रहों को कम करने के लिए, लेखकों ने प्रारंभिक 2,911 उम्मीदवारों (तारे जिनकी आयु > 12.5 बिलियन वर्ष और अनिश्चितता < 1 बिलियन वर्ष थी) पर एक बहु-चरणीय फ़िल्टरिंग प्रक्रिया लागू की:

कील डायग्राम कट (Kiel Diagram Cut): कम-ल्यूमिनोसिटी वाले दिग्गजों (giants), मुख्य अनुक्रम (main-sequence) के तारों और बाइनरी को बाहर करने के लिए $\log g$ – $T_{\text{eff}}$ प्लेन में एक सख्त कट लगाया गया। इसने ~19 बिलियन वर्ष पर एक अवास्तविक पीक को हटा दिया।
पैरामीटर निरंतरता: आयु-धातु (age-metallicity) संबंधी विसंगतियों को कम करने के लिए इनपुट और आउटपुट तारकीय मापदंडों के बीच के अंतर ( $\Delta[M/H]$ , $\Delta T_{\text{eff}}$ , $\Delta \log g$ , $\Delta A_V$ ) पर कड़े प्रतिबंध लगाए गए।
पोस्टीरियर वितरण गुणवत्ता: उन तारों को हटा दिया गया जिनकी आयु/द्रव्यमान अनिश्चितताएं असममित थीं या जिनके पोस्टीरियर प्रोबेबिलिटी डिस्ट्रीब्यूशन (PDF) का कोल्र्मोगोरोव-स्मिरनोव टेस्ट के अनुसार गाऊसी वितरण से महत्वपूर्ण विचलन था।
दृश्य निरीक्षण (Visual Inspection): डबल पीक्स या विसंगतियों की पहचान करने के लिए कॉर्नर प्लॉट्स का "ब्लाइंड" निरीक्षण किया गया, और तारों को "ग्रेट", "गुड" और "बैड" श्रेणियों में वर्गीकृत किया गया।
संदूषक निष्कासन (Contaminant Removal): "स्पूरियस" (spurious) पुराने तारों (संभवतः द्रव्यमान-हटाए गए बाइनरी) की एक माध्यमिक आबादी की पहचान करने के लिए गॉसियन मिक्सचर मॉडल और पदानुक्रमित बेयसियन विश्लेषण का उपयोग किया गया। इन्हें एक रूढ़िवादी थ्रेशोल्ड के साथ बाहर कर दिया गया।

अंतिम नमूना: 160 तारे (78 उच्चतम-गुणवत्ता वाले "गोल्डन सैंपल" सहित)।

3. प्रमुख योगदान (Key Contributions)

व्यक्तिगत तारों का पहला सांख्यिकीय उपयोग: यह पहला अध्ययन है जो व्यक्तिगत क्षेत्र तारों (field stars) के एक सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण नमूने (160 तारे) को कॉस्मिक क्लॉक के रूप में उपयोग करता है, जो ग्लोबुलर क्लस्टर्स के छोटे नमूनों से आगे बढ़ता है।
कॉस्मोलॉजी-स्वतंत्र व्युत्पत्ति: StarHorse फिटिंग प्रक्रिया के दौरान $t_U$ प्रायर को हटाकर, प्राप्त आयु विशुद्ध रूप से अवलोकन संबंधी बाधाएं हैं, न कि किसी विशिष्ट कॉस्मोलॉजिकल मॉडल पर आधारित गोलाकार तर्क।
व्यवस्थित त्रुटि परिमाणीकरण: शोध पत्र व्यवस्थित अनिश्चितताओं, विशेष रूप से तारकीय मॉडलों (जैसे, मिक्सिंग लेंथ पैरामीटर $\alpha_{ML}$ ) और $\alpha$ -एनहांसमेंट मान्यताओं से उत्पन्न होने वाली अनिश्चितताओं का विस्तृत विवरण प्रदान करता है।

4. परिणाम (Results)

तारकीय आयु वितरण (Stellar Age Distribution)

अंतिम नमूने का आयु वितरण 13.6 ± 1.0 (stat) ± 1.3 (syst) बिलियन वर्ष पर चरम पर है।
नमूना एक द्विमोडल (bimodal) वितरण दिखाता है: ~13.4 बिलियन वर्ष पर एक संकीर्ण पीक और ~14.8 बिलियन वर्ष पर एक व्यापक संदूषक पीक। संदूषक पूंछ (contaminant tail) को हटाने के बाद भी, वितरण सुदृढ़ रहता है।
ब्रह्मांड की आयु ( $t_U$ ) की निचली सीमा: $z_f = 20$ के निर्माण रेडशिफ्ट (बिग बैंग और तारा निर्माण के बीच 0.2 बिलियन वर्ष की देरी) को मानते हुए, ब्रह्मांड की आयु की निचली सीमा है:
$t_U \ge 13.8 \pm 1.0 \text{ (stat)} \pm 1.3 \text{ (syst) बिलियन वर्ष}$
व्यक्तिगत तारा बाधाएं: 90% कॉन्फिडेंस लेवल (CL) पर, 70 तारे दर्शाते हैं कि $t_U > 13$ बिलियन वर्ष है, जबकि कोई भी तारा 14.1 बिलियन वर्ष से अधिक नहीं है।

हबल स्थिरांक ( $H_0$ ) पर बाधाएं

आयु बाधा को $H_0$ की ऊपरी सीमा में अनुवादित करते हुए (एक फ्लैट $\Lambda$ CDM मॉडल मानते हुए जहाँ $\Omega_m = 0.3$ और $z_f = 20$ है):
$H_0 \le 68.3^{+5.4}_{-4.7} \text{ (stat)} ^{+7.2}_{-5.9} \text{ (syst) किमी s}^{-1} \text{ Mpc}^{-1}$

यह ऊपरी सीमा प्लैंक मान ($67.4$) के अनुरूप है लेकिन स्थानीय दूरी सीढ़ी (distance ladder) के मान ($73.0$) से काफी कम है।
विश्लेषण से पता चलता है कि यदि डेटा उच्च $H_0$ मानों (जो कम उम्र के ब्रह्मांड का संकेत देते हैं) का समर्थन करने के लिए आवश्यक है, तो पूर्ण व्यवस्थित त्रुटि बजट को आयु को ~1 बिलियन वर्ष नीचे लाने की आवश्यकता होगी, जिसका वर्तमान तारकीय मॉडलों (जो अक्सर अलग मिक्सिंग लेंथ के साथ अधिक पुरानी आयु की भविष्यवाणी करते हैं) द्वारा समर्थन नहीं मिलता है।

कॉस्मोलॉजिकल मान्यताओं के प्रति संवेदनशीलता

शोध पत्र यह पता लगाता है कि $\Omega_m$ और $z_f$ को बदलने से $H_0$ की व्युत्पन्न सीमा कैसे प्रभावित होती है।

उच्च माने गए निर्माण रेडशिफ्ट ( $z_f$ ) उच्च व्युत्पन्न $H_0$ सीमाओं की ओर ले जाते हैं।
उच्च पदार्थ घनत्व ( $\Omega_m$ ) निम्न $H_0$ सीमाओं की ओर ले जाता है।
नमूना केवल तभी $H_0$ को CMB मान से कम होने का पक्ष लेता है यदि $\Omega_m = 0.35$ और $z_f = 10$ हो। हालांकि, मानक धारणाओं ( $\Omega_m \ge 0.3$ ) के लिए, तारकीय आयु लगातार स्थानीय दूरी सीढ़ी के मापों की तुलना में कम $H_0$ की ओर संकेत करती है।

5. महत्व (Significance)

स्वतंत्र कॉस्मोलॉजिकल प्रोब: यह कार्य तारकीय आयु को एक मजबूत, स्वतंत्र विधि के रूप में स्थापित करता है जो कॉस्मोलॉजिकल मापदंडों को नियंत्रित करती है, जो CMB या सुपरनोवा दूरी सीढ़ीओं को प्रभावित करने वाली व्यवस्थित त्रुटियों से मुक्त है।
तनाव का समाधान: परिणाम बताते हैं कि ब्रह्मांड संभवतः 13.8 बिलियन वर्ष से अधिक पुराना है, जो निम्न $H_0$ मानों (प्लैंक) का पक्ष लेता है और उच्च स्थानीय $H_0$ मानों को चुनौती देता है, जो संभावित रूप से नए भौतिकी या देर से बने ब्रह्मांड के मापों में छिपी हुई व्यवस्थित त्रुटियों की ओर संकेत करता है।
भविष्य की क्षमता: लेखक उल्लेख करते हैं कि हालांकि यह एक महत्वपूर्ण पहला कदम है, भविष्य के Gaia डेटा रिलीज और उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रोस्कोपी (जैसे कि Haydn मिशन से) बड़े नमूनों और कम व्यवस्थित त्रुटियों के साथ इन बाधाओं को और अधिक कड़ा करने की अनुमति देंगे।

संक्षेप में, टोमासेटी एट अल. व्यक्तिगत तारों का उपयोग करके ब्रह्मांड की आयु के लिए पहला सांख्यिकीय रूप से कठोर, मॉडल-स्वतंत्र निचली सीमा प्रदान करते हैं, जो प्रभावी रूप से हबल स्थिरांक पर एक ऊपरी सीमा लगाते हैं जो प्रारंभिक-ब्रह्मांड के मापों के अधिक निकट है।