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The DESI DR1 Peculiar Velocity Survey: Fundamental Plane Catalogue

यह शोध पत्र अब तक के निम्न-रेडशिफ्ट विचित्र वेग (peculiar velocity) मापों के सबसे बड़े एकल सेट को प्रस्तुत करता है, जो DESI DR1 में 98,292 प्रारंभिक-प्रकार की आकाशगंगाओं के एक फंडामेंटल प्लेन कैटलॉग से प्राप्त किया गया है, जो ऐसी दूरियों की कुल संख्या को दोगुना करता है और दूरी के मापन में 26% सटीकता प्राप्त करता है।

मूल लेखक: C. E. Ross, C. Howlett, J. R. Lucey, K. Said, T. M. Davis, J. Aguilar, S. Ahlen, A. J. Amsellem, J. Bautista, S. BenZvi, D. Bianchi, C. Blake, D. Brooks, A. Carr, T. Claybaugh, A. Cuceu, A. de la Maco

प्रकाशित 2026-08-24

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CC BY 4.0

मूल लेखक: C. E. Ross, C. Howlett, J. R. Lucey, K. Said, T. M. Davis, J. Aguilar, S. Ahlen, A. J. Amsellem, J. Bautista, S. BenZvi, D. Bianchi, C. Blake, D. Brooks, A. Carr, T. Claybaugh, A. Cuceu, A. de la Macorra, B. Dey, P. Doel, K. Douglass, S. Ferraro, A. Font-Ribera, J. E. Forero-Romero, E. Gaztañaga, S. Gontcho A Gontcho, G. Gutierrez, J. Guy, K. Honscheid, D. Huterer, M. Ishak, R. Joyce, A. G. Kim, A. Kremin, O. Lahav, C. Lamman, M. Landriau, L. Le Guillou, A. Leauthaud, M. E. Levi, P. Martini, A. Meisner, R. Miquel, J. Moustakas, A. Muñoz-Gutiérrez, S. Nadathur, N. Palanque-Delabrouille, W. J. Percival, C. Poppett, F. Prada, I. Pérez-Ràfols, F. Qin, G. Rossi, E. Sanchez, D. Schlegel, M. Schubnell, D. Sprayberry, G. Tarlé, R. J. Turner, B. A. Weaver, R. Zhou, H. Zou

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

ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, यह एक ऐसा तथ्य है जो लगभग एक सदी से स्थापित है। लेकिन विस्तार की दर हर जगह एक समान नहीं है, और न ही यह पूरी तरह से सुचारू है। आकाशगंगाएँ केवल ब्रह्मांडीय प्रवाह के साथ दूर नहीं जातीं; उनकी अपनी स्थानीय गतियाँ भी होती हैं, जो पास के समूहों के गुरुत्वाकर्षण द्वारा खींची जाती हैं और उनके बीच के रिक्त स्थानों (voids) द्वारा दूर धकेली जाती हैं। इन स्थानीय गतियों को 'पिकुलियर वेलोसिटी' (peculiar velocities) कहा जाता है। सामान्य विस्तार के अलावा, कोई आकाशगंगा हमसे कितनी तेजी से हमारी ओर या हमसे दूर जा रही है, इसे मापकर खगोलशास्त्री डार्क मैटर के उस अदृश्य जाल का मानचित्र बना सकते हैं जो हमारे ब्रह्मांडीय पड़ोस को आकार देता है। यह मानचित्र महत्वपूर्ण है क्योंकि यह वैज्ञानिकों को यह परीक्षण करने में मदद करता है कि क्या ब्रह्मांड के बारे में हमारी वर्तमान समझ, जिसमें डार्क एनर्जी नामक रहस्यमय बल शामिल है जो इसके त्वरित विस्तार को संचालित कर रहा है, सही है। ऐसा करने के लिए, शोधकर्ताओं को एक आकाशगंगा की वास्तविक दूरी और उसकी गति दोनों को मापने के तरीके की आवश्यकता होती है। जबकि प्रकाश के रंग से गति निर्धारित करना अपेक्षाकृत आसान है, वास्तविक दूरी का पता लगाना अत्यंत कठिन है, जिसके लिए एक विश्वसनीय "रूलर" (मापक) की आवश्यकता होती है जो अंतरिक्ष के विशाल विस्तारों में काम कर सके।

खगोलविदों की एक टीम ने अब इन 'पिकुलियर वेलोसिटी' मापों का सबसे बड़ा एकल संग्रह तैयार किया है, जिसे 'डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट' (DESI) के डेटा का उपयोग करके संकलित किया गया है। एरिज़ोना में एक टेलीस्कोप पर लगा यह उपकरण लाखों आकाशगंगाओं के प्रकाश को पकड़ता है। शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट प्रकार की आकाशगंगा पर ध्यान केंद्रित किया जिसे 'अर्ली-टाइप गैलेक्सी' (early-type galaxy) कहा जाता है, जो आम तौर पर पुरानी, लाल और चिकने दीर्घवृत्त (ellipsoids) के आकार की होती हैं। इन आकाशगंगाओं के लिए, तीन अवलोकन योग्य गुणों के बीच एक विश्वसनीय संबंध होता है: आंतरिक तारे कितनी यादृच्छिक दिशाओं में गति कर रहे हैं, आकाशगंगा औसतन कितनी चमकीली दिखाई देती है, और वह आकाश में कितनी बड़ी दिखती है। यह संबंध, जिसे 'फंडामेंटल प्लेन' (Fundamental Plane) कहा जाता है, एक ब्रह्मांडीय रूलर के रूप में कार्य करता है। चूंकि तारों की आंतरिक गति और औसत चमक इस बात पर निर्भर नहीं करती कि आकाशगंगा कितनी दूर है, इसलिए खगोलशास्त्री इनका उपयोग आकाशगंगा के वास्तविक भौतिक आकार की गणना करने के लिए कर सकते हैं। इस वास्तविक आकार की तुलना इस बात से करके कि वह हमें कितनी बड़ी दिखाई देती है, वे सटीक रूप से निर्धारित कर सकते हैं कि वह कितनी दूर है।

यह शोध पत्र 98,292 अद्वितीय आकाशगंगाओं के लिए इन दूरी और वेग मापों का एक कैटलॉग प्रस्तुत करता है। यह संख्या उन सभी 'फंडामेंटल प्लेन' दूरी मापों का दोगुना है जो अब तक हमारे स्थानीय ब्रह्मांड की आकाशगंगाओं के लिए रिकॉर्ड किए गए हैं। शोधकर्ताओं ने यह उपलब्धि DESI के संचालन के पहले वर्ष से आकाशगंगाओं का सावधानीपूर्वक चयन करके, उन तारों और अन्य वस्तुओं को हटाकर जो मापों को भ्रमित कर सकते थे, और यह सुनिश्चित करके प्राप्त की कि प्रत्येक आकाशगंगा से आने वाले प्रकाश को उच्च सटीकता के साथ कैप्चर किया गया है। इसके बाद उन्होंने प्रत्येक आकाशगंगा के भीतर तारों की गति को मापा और इस गति को आकाशगंगा की चमक और आकार के साथ जोड़कर उसकी दूरी की गणना की। इस प्रक्रिया में डेटा को स्वच्छ रखने के लिए कठोर जांच शामिल थी, जिसमें उन आकाशगंगाओं को हटा दिया गया जहाँ माप अनिश्चित थे या जहाँ प्रकाश धूल या ओवरलैपिंग छवियों द्वारा विकृत हो सकता था। अंतिम परिणाम एक ऐसा डेटासेट है जहाँ प्रत्येक आकाशगंगा की दूरी लगभग 26 प्रतिशत की अनिश्चितता के साथ ज्ञात है, जो कि पहले के बहुत छोटे सर्वेक्षणों के समान सटीकता का स्तर है।

इस कार्य का सबसे महत्वपूर्ण पहलू इसका व्यापक पैमाना और एकरूपता है। पिछले सर्वेक्षणों में अक्सर कई अलग-अलग टेलीस्कोपों और विधियों के डेटा को मिलाया जाता था, जिससे सूक्ष्म विसंगतियां उत्पन्न हो सकती थीं। इसके विपरीत, यह पूरा कैटलॉग एक ही उपकरण से एक ही विधि का उपयोग करके आता है, जो छिपी हुई त्रुटियों की संभावना को कम करता है। शोधकर्ताओं ने व्यवस्थित मुद्दों की भी जांच की, जैसे कि क्या माप इस आधार पर बदल जाते हैं कि आकाशगंगा आकाश में कहाँ स्थित है या क्या आकाशगंगा का अवलोकन चांदनी वाली रात बनाम अंधेरी रातों के दौरान किया गया था। उन्होंने पाया कि उनके माप पूरे आकाश में सुसंगत थे और अवलोकन के समय के बीच किसी भी छोटे अंतर को सुधारा जा सकता था। उन्होंने अपने परिणामों की तुलना आकाशगंगा दूरियों के एक मौजूदा, व्यापक कैटलॉग 'कॉस्मिकफ्लोज़-4' (CosmicFlows-4) से भी की और पाया कि दोनों डेटा सेट अच्छी तरह से मेल खाते हैं, जिसने उनके दृष्टिकोण की पुष्टि की।

पिकुलियर वेलोसिटी का परिणामी मानचित्र यह दर्शाता है कि स्थानीय ब्रह्मांड स्थिर नहीं है। ये माप दर्शाते हैं कि आकाशगंगाओं का एक हल्का समग्र प्रवाह एक विशिष्ट दिशा में हो रहा है, जो पास की विशाल संरचनाओं के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के अनुरूप है। हालांकि एक एकल आकाशगंगा के वेग का व्यक्तिगत माप त्रुटि की एक बड़ी सीमा लेकर चलता है, कैटलॉग में आकाशगंगाओं की विशाल संख्या वैज्ञानिकों को स्पष्ट रूप से बड़ी तस्वीर देखने की अनुमति देती है। डेटा पुष्टि करता है कि जैसे-जैसे हम और दूर देखते हैं, आकाशगंगाओं के प्रवाह में कोई अजीब त्वरण या मंदन नहीं होता है, जो ब्रह्मांड के विस्तार के वर्तमान मॉडलों का समर्थन करता है। यह नया कैटलॉग सहयोगी अध्ययनों की एक श्रृंखला के लिए आधार के रूप में कार्य करेगा जो अभूतपूर्व सटीकता के साथ ब्रह्मांड के विस्तार की दर और ब्रह्मांडीय संरचनाओं के विकास की दर को मापने के लिए इन दूरियों का उपयोग करेंगे। स्थानीय दूरी के एक विशाल, सुसंगत सेट प्रदान करके, यह कार्य ब्रह्मांड को नियंत्रित करने वाले मौलिक नियमों का परीक्षण करने के लिए एक शक्तिशाली नया उपकरण प्रदान करता है।

तकनीकी सारांश: DESI DR1 विचित्र वेग सर्वेक्षण: फंडामेंटल प्लेन कैटलॉग

समस्या और संदर्भ
स्थानीय ब्रह्मांड ( $z < 0.1$ ) में विचित्र वेगों (peculiar velocities - PVs) का मापन डार्क एनर्जी और डार्क मैटर के अध्ययन के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में कार्य करता है, जो प्रेक्षित और कॉस्मोलॉजिकल रेडशिफ्ट के बीच के अंतर को दूर करने की एक विधि प्रदान करता है। जबकि पिछले सर्वेक्षणों (जैसे, CosmicFlows-4) ने स्थानीय विस्तार दर ( $H_0$ ) और संरचना विकास दर ( $f\sigma_8$ ) पर मूल्यवान प्रतिबंध प्रदान किए हैं, वे अक्सर अलग-अलग ट्रेसर्स (फंडामेंटल प्लेन बनाम टली-फिशर) और उपकरणों का उपयोग करके स्वतंत्र सर्वेक्षणों से विषम डेटासेट को संयोजित करने पर निर्भर करते हैं। यह दृष्टिकोण ज़ीरो-पॉइंटिंग और अंशांकन (calibration) में व्यवस्थित अनिश्चितताओं और विसंगतियों को जन्म देता है। डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट (DESI) का लक्ष्य एक ही उपकरण और फोटोमेट्रिक सिस्टम का उपयोग करके एक बड़ा, सजातीय (homogeneous) PV कैटलॉग बनाकर इन समस्याओं को संबोधित करना है। यह शोध पत्र EDR (अर्ली डेटा रिलीज़) के कार्य को एक बड़े नमूने तक विस्तारित करते हुए, DESI फंडामेंटल प्लेन (FP) PV कैटलॉग की पहली प्रमुख रिलीज़ प्रस्तुत करता है।

कार्यप्रणाली (Methodology)
लेखकों ने DESI डेटा रिलीज़ 1 (DR1) और DESI लेगेसी इमेजिंग सर्वे (DR9) से प्रारंभिक-प्रकार (early-type) की आकाशगंगाओं का एक नमूना निकालकर कैटलॉग का निर्माण किया। कार्यप्रणाली में कई कठोर चरण शामिल थे:

चयन मानदंड (Selection Criteria): प्रारंभिक नमूना DESI ब्राइट गैलेक्सी सर्वे (BGS) और विशिष्ट PV लक्ष्यों से लिया गया था। उच्च-गुणवत्ता वाले डेटा को सुनिश्चित करने के लिए सख्त कट लगाए गए थे:
- मजबूत रेडशिफ्ट वाली आकाशगंगाओं के रूप में स्पेक्ट्रोस्कोपिक वर्गीकरण ( $ZWARN=0$ , $\Delta\chi^2 > 30$ )।
- रेडशिफ्ट रेंज $0.0033 < z < 0.1$ ताकि माप त्रुटियों के विरुद्ध विचित्र वेग संकेत को संतुलित किया जा सके।
- परिमाण सीमा ( $10.0 < m_r < 18.0$ ) और लाल, प्रारंभिक-प्रकार की आकाशगंगाओं को अलग करने के लिए कलर कट्स।
- मोर्फोलॉजिकल कट्स जिनमें डी वौकुलियर्स प्रोफाइल या सर्सिक इंडेक्स $n_s > 2.5$ और अक्षीय अनुपात (axial ratios) $b/a > 0.3$ की आवश्यकता थी।
- वेग प्रकीर्णन ( $\sigma_v$ ) कट्स ( $50 < \sigma_v < 420$ किमी/सेकंड) ताकि विश्वसनीय माप सुनिश्चित हो सकें।
फोटोमेट्रिक और स्पेक्ट्रोस्कोपिक निरंतरता:
- लेखकों ने DECaLS और BASS/MzLS सर्वेक्षणों के बीच परिमाण ऑफसेट की जांच की। एक जनसंख्या मॉडल का उपयोग करके आंतरिक तुलना ने $-0.018 \pm 0.013$ मैग् का ऑफसेट दिखाया, जो शून्य के अनुरूप है; अतः कोई परिमाण सुधार लागू नहीं किया गया।
- वेग प्रकीर्णन (velocity dispersions) को DESI ब्लू-बैंड स्पेक्ट्रा (3600–5550 Å) पर पेनलाइज्ड पिक्सेल-फिटिंग (pPXF) का उपयोग करके मापा गया।
- आंतरिक निरंतरता जांचों ने ब्राइट-टाइम और डार्क-टाइम अवलोकनों की तुलना की, जिससे एक व्यवस्थित ऑफसेट का पता चला जहाँ डार्क-टाइम मापन उच्च प्रकीर्णन दिखाते थे। ब्राइट-टाइम डेटा के लिए $+2.3 \pm 0.1$ किमी/सेकंड का सुधार लागू किया गया।
- SDSS DR16 (पोर्टस्माउथ कैटलॉग) के विरुद्ध बाहरी निरंतरता जांच ने त्रुटियों के 5% के भीतर अच्छा तालमेल दिखाया, जिसमें दोनों डेटासेट में त्रुटियों का थोड़ा कम अनुमान लगाया गया था, जिसे DESI वेग प्रकीर्णन त्रुटियों को 1.13 के कारक से बढ़ाकर सुधारा गया।
फंडामेंटल प्लेन फिटिंग:
- लेखकों ने एक मैक्सिमम लाइकलीहुड पद्धति का उपयोग करके एक 3D गॉसियन फंडामेंटल प्लेन संबंध ( $\log R_e = a \log \sigma_0 + b \log I_e + c$ ) को फिट किया, जो चयन पूर्वाग्रहों और आंतरिक स्कैटर को ध्यान में रखता है।
- मानकों को मानकीकृत करने के लिए अपर्चर सुधार ( $\alpha_{ap} = -0.06 \pm 0.03$ ) और इवोल्यूशन सुधार ( $Q = 1.1 \pm 0.4$ ) लागू किए गए।
- एक "ग्रुप रिचनेस" सुधार लागू किया गया ताकि उस पूर्वाग्रह को संबोधित किया जा सके जहाँ समृद्ध समूहों (richer groups) में स्थित आकाशगंगाओं में अधिक नकारात्मक लॉग-डिस्टेंस अनुपात प्रदर्शित होते हैं, जो कि SDSS निष्कर्षों के अनुरूप है।
- ज़ीरो-पॉइंट को स्वतंत्र दूरी संकेतकों (Pantheon+SH0ES सुपरनोवा और टली-फिशर डेटा) का उपयोग करके एक साथी पेपर (Carr et al., 2025) में एंकर किया गया, जिससे $H_0$ का व्युत्पत्ति संभव हुई।
विचित्र वेगों का व्युत्पत्ति (Derivation of Peculiar Velocities):
- लॉग-डिस्टेंस रेश्यो ( $\eta$ ) की गणना प्रेक्षित प्रभावी त्रिज्याओं की तुलना FP संबंध द्वारा अनुमानित त्रिज्याओं से करके की गई।
- Carreres et al. (2023) एस्टिमेटर का उपयोग करके $\eta$ से विचित्र वेग प्राप्त किए गए, जो लॉग-डिस्टेंस रेश्यो को CMB फ्रेम में वेग में परिवर्तित करता है।

प्रमुख योगदान और परिणाम

कैटलॉग का आकार: यह शोध पत्र 98,292 अद्वितीय प्रारंभिक-प्रकार की आकाशगंगाओं का एक कैटलॉग जारी करता है जिनमें FP-आधारित दूरियां और विचित्र वेग हैं। यह पिछले कार्यों की तुलना में मापे गए $z < 0.1$ FP दूरियों की कुल संख्या को लगभग 2 गुना बढ़ाता है।
परिशुद्धता (Precision): दूरी के माप 26% की रैंडम एरर परिशुद्धता प्राप्त करते हैं, जो पिछले प्रमुख सर्वेक्षणों (जैसे, SDSS FP) के तुलनीय है।
सिस्टमैटिक्स नियंत्रण: अध्ययन व्यापक सिस्टमैटिक्स जांच प्रदान करता है, जिसमें शामिल हैं:
- सर्वेक्षण पदचिह्नों (footprints) के बीच फोटोमेट्रिक निरंतरता का सत्यापन।
- ब्राइट/डार्क टाइम अवलोकन पूर्वाग्रहों के लिए सुधार।
- लॉग-डिस्टेंस रेश्यो में ग्रुप-रिचनेस पूर्वाग्रह की पहचान और सुधार।
- यह प्रदर्शन कि FP संबंध चयन मानदंडों (जैसे, सर्सिक इंडेक्स, वेग प्रकीर्णन कट्स) में विविधताओं के प्रति सुदृढ़ है, हालांकि स्टार फॉर्मेशन संकेतकों (H $\alpha$ EW) पर कड़े कट यह सुझाव देते हैं कि मामूली स्पाइरल संदूषण (contamination) बना हुआ है।
क्लस्टरिंग सबसैंपल: 73,822 आकाशगंगाओं का एक उपसमुच्चय विशेष रूप से कॉस्मोलॉजिकल क्लस्टरिंग विश्लेषण के लिए क्यूरेट किया गया था, जिसे DESI BGS पदचिह्न तक सीमित रखा गया और एस्टिमेटर पूर्वाग्रहों को कम करने के लिए बहुत कम रेडशिफ्ट वाली आकाशगंगाओं ( $z < 0.01$ ) को बाहर रखा गया।

महत्व
यह शोध पत्र दावा करता है कि यह कैटलॉग अब तक के विचित्र वेग मापों के सबसे बड़े एकल सेटों में से एक है। एक ही उपकरण (DESI) और एक सजातीय चयन प्रक्रिया का उपयोग करके, यह सर्वेक्षण डेटासेट के संयोजन को सरल बनाता है और मल्टी-सर्वे कंपाइलेशन में निहित व्यवस्थित विसंगति के स्रोतों को कम करता है। लेखक नोट करते हैं कि हालांकि DR1 नमूना अंतिम सर्वेक्षण क्षेत्र के केवल एक अंश को कवर करता है, वर्तमान सफलता दर यह बताती है कि पूर्ण सर्वेक्षण लगभग 100,000 अतिरिक्त FP आकाशगंगाओं को प्रदान करेगा, जो प्रारंभिक अनुमानों से अधिक है। यह बड़ा, सजातीय डेटासेट "कॉस्मिक कार्टोग्राफी" के लिए परिवर्तनकारी होने के लिए तैयार है और निम्न रेडशिफ्ट पर $H_0$ और $f\sigma_8$ के सटीक मापन के माध्यम से कॉस्मोलॉजिकल मॉडलों के परीक्षण के लिए भी उपयुक्त है, जैसा कि साथ में दिए गए शोध पत्रों की श्रृंखला में प्रदर्शित किया गया है। यह कार्य भविष्य के डेटा रिलीज़ (DR2 और आगे) के लिए एक मजबूत पाइपलाइन स्थापित करता है जहाँ नमूना और भी पूर्ण होगा और व्यवस्थित अनिश्चितताएं और कम होंगी।

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