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The DESI DR1 Peculiar Velocity Survey: global zero-point and $H_0$ constraints

यह शोध पत्र डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट के पहले डेटा रिलीज़ का उपयोग करके फंडामेंटल प्लेन और टली-फिशर संबंधों के ज़ीरो-पॉइंट को कैलिब्रेट करता है, जिससे हबल स्थिरांक ( $H_0 = 73.7 \pm 1.1$ किमी प्रति सेकंड मेगापार्सेक $^{-1}$ ) का एक सटीक मापन प्राप्त होता है जो सुपरनोवा-आधारित निर्धारणों के लिए एक सुदृढ़ विकल्प प्रदान करता है और भविष्य की प्रतिशत-स्तरीय सटीकता की क्षमता को रेखांकित करता है।

मूल लेखक: A. Carr, C. Howlett, A. J. Amsellem, Tamara M. Davis, K. Said, D. Parkinson, A. Palmese, J. Aguilar, S. Ahlen, J. Bautista, S. BenZvi, D. Bianchi, C. Blake, D. Brooks, T. Claybaugh, A. Cuceu, A. de la

प्रकाशित 2026-06-19

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CC BY 4.0

मूल लेखक: A. Carr, C. Howlett, A. J. Amsellem, Tamara M. Davis, K. Said, D. Parkinson, A. Palmese, J. Aguilar, S. Ahlen, J. Bautista, S. BenZvi, D. Bianchi, C. Blake, D. Brooks, T. Claybaugh, A. Cuceu, A. de la Macorra, P. Doel, K. Douglass, S. Ferraro, J. E. Forero-Romero, E. Gaztañaga, S. Gontcho A Gontcho, G. Gutierrez, H. K. Herrera-Alcantar, K. Honscheid, D. Huterer, M. Ishak, R. Joyce, A. G. Kim, D. Kirkby, A. Kremin, O. Lahav, C. Lamman, M. Landriau, L. Le Guillou, M. E. Levi, M. Manera, A. Meisner, R. Miquel, J. Moustakas, S. Nadathur, W. J. Percival, F. Prada, I. Pérez-Ràfols, F. Qin, C. Ross, G. Rossi, E. Sanchez, D. Schlegel, H. Seo, D. Sprayberry, G. Tarlé, R. J. Turner, B. A. Weaver, P. Zarrouk, 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

यहाँ इस शोध पत्र का सरल भाषा और रोज़मर्रा के उदाहरणों के साथ हिंदी अनुवाद दिया गया है।

बड़ी तस्वीर: ब्रह्मांड की गति को मापना

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक विशाल गुब्बारा है जिसे फुलाया जा रहा है। खगोलविद यह जानना चाहते हैं कि अभी वह गुब्बारा कितनी तेज़ी से फूल रहा है। इस गति को हबल स्थिरांक (Hubble Constant - $H_0$ ) कहा जाता है।

इसे मापने के लिए, आपको किसी दूर स्थित वस्तु के लिए दो चीज़ों की आवश्यकता होती है:

वह हमसे कितनी तेज़ी से दूर जा रही है (इसे उसके रंग के बदलाव को देखकर आसानी से मापा जा सकता है)।
वह वास्तव में कितनी दूर है (इसे मापना बहुत कठिन है)।

यह शोध पत्र डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट (DESI) के बारे में है, जो एक विशाल टेलीस्कोप प्रोजेक्ट है जिसने हाल ही में अपना पहला डेटा सेट (DR1) जारी किया है। टीम ने इस डेटा का उपयोग 1,00,000 से अधिक आकाशगंगाओं (galaxies) की दूरियों को मापने के लिए किया। इन नए दूरी मापों को गति के डेटा के साथ जोड़कर, उन्होंने ब्रह्मांड के विस्तार की दर की अविश्वसनीय सटीकता के साथ गणना की।

समस्या: "रूलर" (पैमाना) गायब है

पेपर बताता है कि जबकि DESI सापेक्ष दूरियाँ मापने में बहुत अच्छा है (जैसे यह कहना कि "आकाशगंगा A, आकाशगंगा B से दोगुनी दूर है"), लेकिन इसे निरपेक्ष पैमाने (जैसे यह कहना कि "आकाशगंगा A, 10 करोड़ प्रकाश वर्ष दूर है") का ज्ञान नहीं है।

इसे ऐसे समझें: आपके पास एक बहुत ही सटीक टेप माप (इंच टेप) है, लेकिन आप नहीं जानते कि उस पर बने "इंच" के निशान वास्तव में इंच हैं, या वे सेंटीमीटर हैं, या वे ऐसे इंच हैं जो खिंचकर लंबे हो गए हैं। आपको अपने टेप माप को एक ज्ञात मानक के विरुद्ध कैलिब्रेट (सटीक) करने की आवश्यकता है।

खगोल विज्ञान में, इस कैलिब्रेशन को "ज़ीरो-पॉइंट" (Zero-Point) कहा जाता है। इसके बिना, आपके ब्रह्मांड के मानचित्र का आकार बिगड़ सकता है।

समाधान: "स्टैंडर्ड कैंडल्स" और "स्टैंडर्ड रूलर" का उपयोग करना

अपने टेप माप को ठीक करने के लिए, खगोलविदों ने दो प्रकार के ब्रह्मांडीय पिंडों का उपयोग किया जो ज्ञात बेंचमार्क के रूप में कार्य करते हैं:

सर्पिल आकाशगंगाएँ (टली-फिशर संबंध - Tully-Fisher Relation): ये "स्टैंडर्ड कैंडल्स" (Standard Candles) की तरह कार्य करती हैं। यदि आप जानते हैं कि एक सर्पिल आकाशगंगा कितनी चमकीली होनी चाहिए (इस आधार पर कि वह कितनी तेज़ी से घूमती है), तो आप यह बता सकते हैं कि वह हमसे कितनी दूर है, यह देखकर कि वह हमें कितनी धुंधली दिख रही है।
अण्डाकार आकाशगंगाएँ (फंडामेंटल प्लेन - Fundamental Plane): ये "स्टैंडर्ड रूलर" (Standard Rulers) की तरह कार्य करती हैं। यदि आप जानते हैं कि एक आकाशगंगा कितनी बड़ी होनी चाहिए (इस आधार पर कि उसके तारे कैसे चलते हैं), तो आप यह बता सकते हैं कि वह कितनी दूर है, यह देखकर कि वह हमें कितनी छोटी दिखती है।

DESI ने इन 1,00,000 से अधिक आकाशगंगाओं को मापा। हालाँकि, अंतिम संख्या प्राप्त करने के लिए उन्हें अभी भी अपनी मापों को एक ज्ञात दूरी से जोड़ना (anchor करना) था।

नवाचार: "ग्रुप चैट" वाली तरकीब

सबसे बड़ी चुनौती यह थी कि "एंकर" (वे आकाशगंगाएँ जिनकी दूरियाँ ज्ञात हैं, जैसे कि सुपरनोवा वाले स्थान) DESI के डेटा में बहुत दुर्लभ थे। यह एक ज्ञात निशान वाले केवल एक या दो चिन्हों का उपयोग करके एक रूलर को कैलिब्रेट करने जैसा था।

टीम ने एक चतुर तरीका निकाला: आकाशगंगा समूह (Galaxy Groups)।

उपमा: कल्पना कीजिए कि आप एक शहर के लोगों की औसत ऊंचाई जानने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन आप केवल कुछ विशिष्ट लोगों की सटीक ऊंचाई जानते हैं। केवल उन कुछ लोगों को मापने के बजाय, आप उनके पड़ोस को देखते हैं। यदि आप एक पड़ोस के एक व्यक्ति की ऊंचाई जानते हैं, तो आप मान लेते हैं कि उस पड़ोस के सभी लोग शहर के केंद्र से लगभग समान दूरी पर हैं।
परिणाम: आकाशगंगाओं को एक साथ समूहबद्ध करके, टीम ने अपने "एंकर" की संख्या को 10 गुना बढ़ा दिया। केवल कुछ आकाशगंगाओं को मिलाने के बजाय, उन्होंने पूरे क्लस्टर्स (समूहों) को मिलाया। इससे उन्हें अपने "टेप माप" को बहुत अधिक सटीकता से कैलिब्रेट करने में मदद मिली।

परिणाम: ब्रह्मांड कितनी तेज़ी से फैल रहा है?

एक प्रसिद्ध फटने वाले तारों के कैटलॉग (Type Ia Supernovae) को अंतिम संदर्भ के रूप में उपयोग करके अपने मापों को कैलिब्रेट करने के बाद, टीम ने विस्तार दर की गणना की:

संख्या: 73.7 किमी/सेकंड प्रति मेगापारसेक (km/s per Megaparsec)।
- अनुवाद: हर 3.26 मिलियन प्रकाश वर्ष की दूरी बढ़ने पर, ब्रह्मांड 73.7 किलोमीटर प्रति सेकंड की अतिरिक्त गति से फैल रहा है।
सटीकता: यह इस विशिष्ट विधि का सबसे सटीक माप है। सांख्यिकीय त्रुटि (statistical error) बहुत कम (केवल 0.06) है, जिसका अर्थ है कि माप अत्यंत सटीक है।
चुनौती: सबसे बड़ी अनिश्चितता स्वयं "कैलिब्रेशन" से आती है (यह तथ्य कि जिन सुपरनोवा का उपयोग उन्होंने कैलिब्रेट करने के लिए किया, उनमें भी अपनी छोटी त्रुटियाँ हैं)। कुल अनिश्चितता लगभग 1.1 है।

यह क्यों महत्वपूर्ण है?

संगति (Consistency): उनका परिणाम (73.7) सुपरनोवा का उपयोग करने वाले अन्य हालिया मापों (जैसे SH0ES प्रोजेक्ट) के साथ बहुत अच्छी तरह मेल खाता है, जो एक बड़ी बात है क्योंकि यह उन पिछली खोजों की पुष्टि करता है।
एक नया उपकरण: यह साबित करता है कि DESI स्वतंत्र रूप से ब्रह्मांड के विस्तार को माप सकता है। यह केवल पुराने "डिस्टेंस लैडर" (दूरी की सीढ़ी) तरीकों पर निर्भर नहीं है; यह 1,00,000 से अधिक पायदानों वाली एक नई, विशाल सीढ़ी बना रहा है।
भविष्य की क्षमता: पेपर में उल्लेख किया गया है कि जैसे-जैसे DESI आकाश के अधिक हिस्से का अवलोकन करना जारी रखेगा, वे अनिश्चितता को और कम करने के लिए और भी अधिक प्रत्यक्ष एंकरों (जैसे कि सेफेड्स (Cepheids) नामक विशिष्ट प्रकार के तारों) का उपयोग कर सकेंगे, जिससे संभावित रूप से "प्रतिशत-स्तर" की सटीकता तक पहुँचा जा सकेगा।

सारांश

लेखकों ने 1,00,000 आकाशगंगाओं के एक विशाल नए डेटासेट को लिया, अपने मापों को कैलिब्रेट करने के लिए पर्याप्त संदर्भ बिंदु खोजने हेतु एक चतुर "ग्रुपिंग" तकनीक का उपयोग किया, और निर्धारित किया कि ब्रह्मांड 73.7 किमी/सेकंड/Mpc की दर से फैल रहा है। यह पिछले उच्च-गति वाले मापों की पुष्टि करता है और भविष्य में और भी सटीक कॉस्मोलॉजी (ब्रह्मांड विज्ञान) के लिए मार्ग प्रशस्त करता है।

तकनीकी सारांश: DESI DR1 विचित्र वेग सर्वेक्षण: वैश्विक ज़ीरो-पॉइंट और $H_0$ बाधाएं

समस्या विवरण
जबकि गैलेक्सी रेडशिफ्ट सर्वेक्षण सटीक स्पेक्ट्रोस्कोपिक रेडशिफ्ट प्रदान करते हैं, वे कॉस्मोलॉजिकल रिसेशन वेलोसिटी (ब्रह्मांडीय पीछे हटने की गति) और स्थानीय विचित्र वेगों (Peculiar Velocities - PVs) के बीच अंतर नहीं कर सकते, जो गुरुत्वाकर्षण विसंगतियों के कारण प्रेरित होते हैं। हबल-लेमात्रे नियम के परीक्षणों और संरचना विकास के अध्ययन को सक्षम करने के लिए सटीक दूरी माप आवश्यक है। पिछले विचित्र वेग (PV) नमूने रेडशिफ्ट सर्वेक्षणों की तुलना में आकार में सीमित थे, जिससे व्युत्पन्न कॉस्मोलॉजिकल मापदंडों में बड़ी सांख्यिकीय अनिश्चितताएं उत्पन्न हुईं। विशेष रूप से, डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट (DESI) के अर्ली डेटा रिलीज़ (EDR) फंडामेंटल प्लेन (FP) माप में हबल स्थिरांक ( $H_0$ ) का मान, एकल कैलिब्रेशन एंकर (कोमा क्लस्टर) पर निर्भरता के कारण महत्वपूर्ण सांख्यिकीय त्रुटियों से ग्रस्त था। यह शोध पत्र DESI PV नमूने के अधिक बड़े और सुदृढ़ कैलिब्रेशन की आवश्यकता को संबोधित करता है ताकि कम सांख्यिकीय अनिश्चितता के साथ $H_0$ को मापा जा सके और पूर्ण कैलिब्रेशन में व्यवस्थित सीमाओं की जांच की जा सके।

कार्यप्रणाली
लेखक DESI डेटा रिलीज़ 1 (DR1) विचित्र वेग सर्वेक्षण का उपयोग करते हैं, जिसमें 100,000 से अधिक गैलेक्सियाँ शामिल हैं, जिनके सापेक्ष दूरी माप स्पाइरल गैलेक्सीज़ के लिए टली-फिशर (TF) संबंध और एलिप्टिकल गैलेक्सीज़ के लिए फंडामेंटल प्लेन (FP) संबंध से प्राप्त किए गए हैं।

नमूना निर्माण: विश्लेषण 96,758 FP गैलेक्सीज़ और 7,277 TF गैलेक्सीज़ को संयोजित करता है (रेडशिफ्ट कट $z < 0.1$ लागू करने के बाद)।
समूह-आधारित कैलिब्रेशन: DESI PV नमूने और बाहरी दूरी कैलिब्रेटर्स के बीच कम ओवरलैप को दूर करने के लिए, लेखक चार बाहरी सर्वेक्षणों (2dFGRS, 6dFGS, 2MRS, और SDSS; Lim et al. 2017) से प्राप्त एक ग्रुप कैटलॉग का उपयोग करते हैं। यह मानते हुए कि एक गैलेक्सी समूह के सभी सदस्य एक ही दूरी साझा करते हैं, वे प्रभावी रूप से उपलब्ध कैलिब्रेटर्स की संख्या को दोगुना कर देते हैं।
ज़ीरो-पॉइंट निर्धारण: TF और FP संबंध सापेक्ष दूरियां प्रदान करते हैं। इन संबंधों को एक पूर्ण पैमाने (absolute scale) पर स्थिर करने के लिए, लेखक बाहरी दूरी सीढ़ियों (distance ladders) के विरुद्ध DESI लॉग-डिस्टेंस रेश्यो ( $\eta$ $η$ ) की तुलना करके एक वैश्विक ज़ीरो-पॉइंट की गणना करते हैं।
- फिडुशियल कैलिब्रेटर: SH0ES/Pantheon+ नमूने से टाइप Ia सुपरनोवा (SNe Ia)।
- वैकल्पिक कैलिब्रेटर्स: सरफेस ब्राइटनेस फ्लक्चुएशन (SBF) दूरियां, मेसर्स (masers), सेफिड्स (Cepheids), और टिप ऑफ द रेड जाइंट ब्रांच (TRGB)।
- कोमा क्लस्टर: एक विशिष्ट परीक्षण मामले के रूप में उपयोग किया गया, जिसे SBF और SNe Ia दोनों द्वारा कैलिब्रेट किया गया है।
सिस्टमैटिक्स टेस्टिंग: लेखक सिस्टमैटिक्स पर व्यापक परीक्षण करते हैं, जिसमें ग्रुपिंग एल्गोरिदम, FP/TF कैटलॉग चयन कट (जैसे स्पाइरल संदूषण, गुणवत्ता कट), रेडशिफ्ट सुधार (उपयोगकर्ता $z_{CMB}$ बनाम वेलोसिटी-फील्ड पुनर्गठित $z_{HD}$ ), और भारित माध्य (weighted mean) पर समूह-आधारित सुधारों का अनुप्रयोग शामिल है।
कॉस्मोलॉजिकल फिटिंग: कैलिब्रेटेड दूरियों को एक फ्लैट $\Lambda$ CDM ब्रह्मांड में ल्यूमिनोसिटी डिस्टेंस के टेलर सीरीज़ विस्तार का उपयोग करके हबल आरेख (Hubble diagram) में फिट किया जाता है। फिटिंग bilby के माध्यम से dynesty नेस्टेड सैंपलिंग एल्गोरिदम का उपयोग करती है, जिसमें सांख्यिकीय त्रुटियों, ज़ीरो-पॉइंट अनिश्चितताओं और व्यवस्थित फ्लोर (systematic floors) को ध्यान में रखते हुए एक पूर्ण कोवेरिएंस मैट्रिक्स शामिल है।

प्रमुख योगदान

पैमाना (Scale): यह कार्य अब तक के सबसे बड़े PV नमूने को प्रस्तुत करता है, जिसमें 100,000 से अधिक गैलेक्सियों का उपयोग किया गया है, जो पिछले कैटलॉग की तुलना में एक महत्वपूर्ण वृद्धि है।
कार्यप्रणालीगत सुधार: ग्रुप-मैचिंग तकनीक का परिचय कैलिब्रेटर ओवरलैप की संख्या को काफी बढ़ा देता है (उदाहरण के लिए, SN Ia होस्ट ओवरलैप को ~45 से बढ़ाकर ~571 गैलेक्सी तक ले जाना), जिससे सांख्यिकीय अनिश्चितता कम हो जाती है।
सिस्टमैटिक्स का लक्षण वर्णन: शोध पत्र एक विस्तृत एरर बजट प्रदान करता है, जो सांख्यिकीय अनिश्चितता, ज़ीरो-पॉइंट अनिश्चितता (जिसे एक अपरिहार्य फ्लोर माना गया है), और विश्लेषण पाइपलाइन से उत्पन्न व्यवस्थित अनिश्चितताओं के बीच अंतर करता है।
कैलिब्रेशन तुलना: यह एक ही DESI डेटासेट के भीतर कई स्वतंत्र दूरी सीढ़ियों (SNe Ia, SBF, Masers, Coma cluster) से प्राप्त $H_0$ बाधाओं का सीधा तुलनात्मक अध्ययन प्रदान करता है।

परिणाम

फिडुशियल माप: SH0ES/Pantheon+ SNe Ia के लिए कैलिब्रेट करते हुए, लेखक मापते हैं:
$H_0 = 73.7 \pm 0.06 \text{ (stat.)} \pm 1.1 \text{ (syst.)} \text{ km s}^{-1} \text{ Mpc}^{-1}$
सांख्यिकीय अनिश्चितता EDR FP परिणाम ($0.35$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ ) की तुलना में नाटकीय रूप से कम हो गई है, जो नमूना आकार में वृद्धि ( $\propto 1/\sqrt{N}$ ) से अपेक्षित सटीकता के करीब है।
वैकल्पिक कैलिब्रेटर्स:
- SBF: $H_0 = 74.1 \pm 0.06 \text{ (stat.)} \pm 1.1 \text{ (syst.)}$ देता है, जो SN Ia परिणाम के अनुरूप है।
- संयुक्त SN+SBF: सबसे कड़ा प्रतिबंध प्रदान करता है, $H_0 = 73.9 \pm 0.06 \text{ (stat.)} \pm 1.0 \text{ (syst.)}$ , हालांकि लेखक नोट करते हैं कि पूर्ण SBF कोवेरिएंस डेटा की कमी के कारण व्यवस्थित अनिश्चितता कम आंकी जा सकती है।
- कोमा क्लस्टर: केवल कोमा क्लस्टर के लिए कैलिब्रेट करने पर उच्च मान प्राप्त होते हैं ( $H_0 \approx 77.4-77.6$ ), जो यह सुझाव देता है कि एकल-क्लस्टर कैलिब्रेशन मल्टी-एंकर दृष्टिकोण की तुलना में पूर्वाग्रह (bias) पैदा कर सकता है।
- मेसर्स (Masers): केवल दो ओवरलैपिंग गैलेक्सी के साथ, परिणाम $H_0 = 72.6 \pm 5.6$ है, जो प्राथमिक कैलिब्रेटर्स के साथ कम ओवरलैप की वर्तमान सीमा को प्रदर्शित करता है।
सिस्टमैटिक्स: कुल व्यवस्थित अनिश्चितता $1.1$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ अनुमानित है, जो SH0ES डिस्टेंस लैडर से विरासत में मिली अनिश्चितता से संचालित है। DESI PV विश्लेषण के आंतरिक सिस्टमैटिक्स (ग्रुपिंग, चयन कट) $\sim 0.29$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ का छोटा योगदान देते हैं।
$q_0$ बाधाएं: जब $q_0$ (डिसिलेरेशन पैरामीटर) को बदलने की अनुमति दी जाती है, तो फिट $q_0 = -0.56^{+0.01}_{-0.02}$ देता है, हालांकि लेखक चेतावनी देते हैं कि यह प्रायर (prior) और PV नमूने की सीमित रेडशिफ्ट रेंज से अत्यधिक प्रभावित है।

महत्व और दावे
शोध पत्र का दावा है कि DESI DR1 PV सर्वेक्षण $H_0$ का एक ऐसा माप प्रदान करता है जिसकी सांख्यिकीय सटीकता पिछले PV-आधारित मापों से बेहतर है और SH0ES परिणाम के प्रतिस्पर्धी है, जबकि यह SH0ES/Pantheon+ मान के साथ निरंतरता बनाए रखता है। लेखक दावा करते हैं कि उनकी विधि $H_0$ मापों के लिए TF और FP संबंधों को एक वैकल्पिक "हबल फ्लो" नमूने के रूप में उपयोग करने की व्यवहार्यता को सिद्ध करती है।

हालाँकि, लेखक अंतिम सटीकता के संबंध में विनम्र हैं। वे स्पष्ट रूप से कहते हैं कि वर्तमान माप तीन-रंग (three-rung) डिस्टेंस लैडर (सेफिड्स $\to$ SNe Ia) से विरासत में मिली "अपरिहार्य" व्यवस्थित अनिश्चितता द्वारा सीमित है। उनका दावा है कि बड़े नमूनों और प्राथमिक कैलिब्रेटर्स (सेफिड्स, TRGB) के साथ प्रत्यक्ष ओवरलैप वाले भविष्य के डेटा रिलीज़ के साथ, अनिश्चितता प्रतिशत स्तर की ओर कम होने की अनुमति देगी, जो संभावित रूप से हबल टेंशन (Hubble tension) पर एक स्वतंत्र जांच प्रदान करेगी। शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि जबकि सुपरनोवा वर्तमान में सांख्यिकीय शक्ति और आकाश ओवरलैप के कारण सबसे अच्छा कैलिब्रेटर बने हुए हैं, DESI PV सर्वेक्षण पारंपरिक सुपरनोवा डिस्टेंस लैडर के एक सुदृढ़ और बढ़ते विकल्प के रूप में खड़ा है।