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First measurement of the Hubble constant from a combined weak lensing and gravitational-wave standard siren analysis

यह शोध पत्र डार्क एनर्जी सर्वे वर्ष 3 के वीक लेंसिंग और गैलेक्सी क्लस्टरिंग डेटा का लाइगो-विर्गो-काग्रा (LIGO-Virgo-KAGRA) ग्रेविटेशनल-वेव स्टैंडर्ड साइरन्स के साथ पहला संयुक्त विश्लेषण प्रस्तुत करता है, जो हबल स्थिरांक ( $H_0 = 67.9^{+4.4}_{-4.3}$ किमी प्रति सेकंड मेगापार्सेक $^{-1}$ ) का 6.4% सटीक मापन प्रदान करता है और यह प्रदर्शित करता है कि इन भिन्न ब्रह्मांडीय जांचों को संयोजित करना वर्तमान हबल तनाव (Hubble tension) को सुलझाने की दिशा में एक व्यवहार्य मार्ग है।

मूल लेखक: Felipe Andrade-Oliveira, David Sanchez-Cid, Danny Laghi, Marcelle Soares-Santos

प्रकाशित 2026-05-13

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Felipe Andrade-Oliveira, David Sanchez-Cid, Danny Laghi, Marcelle Soares-Santos

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 विवरण दिया गया है।

बड़ी समस्या: ब्रह्मांड का स्पीडोमीटर खराब है

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक कार है, और वैज्ञानिक यह पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि विस्तार (expansion) के दौरान इसकी गति कितनी बढ़ रही है। इस गति को हबल स्थिरांक ( $H_0$ ) कहा जाता है।

समस्या यह है कि ब्रह्मांड का "स्पीडोमीटर" दो बहुत अलग रीडिंग दे रहा है:

प्रारंभिक ब्रह्मांड की रीडिंग: ब्रह्मांड की "बेबी फोटोज़" (कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड) को देखकर, वैज्ञानिक एक गति की गणना करते हैं।
परवर्ती (Late) ब्रह्मांड की रीडिंग: "एडल्ट फोटोज़" (फटते हुए सितारों और पास की आकाशगंगाओं) को देखकर, वैज्ञानिक एक तेज़ गति की गणना करते हैं।

ये दोनों संख्याएँ मेल नहीं खातीं, और इनका अंतर इतना बड़ा है कि यह संकेत देता है कि ब्रह्मांड के नियमों (भौतिकी) के बारे में हमारी वर्तमान समझ में कुछ कमी हो सकती है। इसे "हबल टेंशन" (Hubble Tension) के रूप में जाना जाता है।

नया समाधान: एक दो-उपकरण वाला दृष्टिकोण (Two-Tool Approach)

यह शोध पत्र ब्रह्मांड की गति को मापने का एक नया तरीका पेश करता है, जिसमें दो बहुत अलग उपकरणों को मिलाया गया है, जैसे कि किसी जहाज की दूरी मापने के लिए रूलर (पैमाना) और सोनार दोनों का उपयोग करना।

उपकरण 1: "कॉस्मिक रूलर" (कमजोर लेंसिंग और गैलेक्सी क्लस्टरिंग)

यह क्या है: टीम ने डार्क एनर्जी सर्वे (DES) के डेटा का उपयोग किया। उन्होंने लाखों आकाशगंगाओं का अध्ययन किया।
यह कैसे काम करता है: कल्पना कीजिए कि आप एक लहरदार कांच की खिड़की के माध्यम से किसी दूर की वस्तु को देख रहे हैं। वह कांच (डार्क मैटर का गुरुत्वाकर्षण) छवि को विकृत कर देता है। यह मापकर कि आकाशगंगाओं के आकार कितने खिंचे हुए हैं और वे कैसे आपस में जुड़ी हुई हैं, वैज्ञानिक उस "लहरदार कांच" का मानचित्र बना सकते हैं और यह पता लगा सकते हैं कि ब्रह्मांड में कितना पदार्थ (matter) मौजूद है।
पेपर का दावा: अकेले यह विधि एक अच्छी गणना देती है, लेकिन इसमें थोड़ी अनिश्चितता (लगता है 17% अनिश्चितता) है।

उपकरण 2: "कॉस्मिक सोनार" (गुरुत्वाकर्षण तरंगें)

यह क्या है: टीम ने LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) सहयोग के डेटा का उपयोग किया। उन्होंने ब्लैक होल या न्यूट्रॉन सितारों के टकराने से उत्पन्न होने वाली "चर्प" (chirps) की आवाज़ों को सुना।
यह कैसे काम करता है: जब ये वस्तुएं टकराती हैं, तो वे स्पेस-टाइम (स्थान-काल) में लहरें भेजती हैं (गुरुत्वाकर्षण तरंगें)। "चर्प" की तीव्रता हमें ठीक-ठीक बताती है कि टकराव कितनी दूर हुआ था। इसे "स्टैंडर्ड सायरन" कहा जाता है क्योंकि, एक सामान्य सायरन के विपरीत जिसकी आवाज़ का आपको पता नहीं होता, हम जानते हैं कि इन टकरावों की आवाज़ कितनी होनी चाहिए।
पेपर का दावा: यह विधि दूरी मापने में तो बेहतरीन है, लेकिन बिना मदद के यह बताने में संघर्ष करती है कि टकराव समय के किस बिंदु पर (रेडशिफ्ट) हुआ था।

गुप्त सामग्री: "सुपरल्यूमिनल जेट" (Superluminal Jet)

एक विशिष्ट टकराव के लिए, जिसे GW170817 कहा जाता है, टीम के पास एक विशेष लाभ था।

उपमा: कल्पना कीजिए कि आप एक सायरन (गुरुत्वाकर्षण तरंग) सुनते हैं लेकिन स्रोत को देख नहीं पाते। अचानक, आप देखते हैं कि स्रोत से अविश्वसनीय गति से पानी की एक जेट (धार) निकल रही है। उस जेट के चलने के तरीके को देखकर, आप सटीक रूपता से पता लगा सकते हैं कि स्रोत किस कोण पर झुका हुआ है और वह कितनी दूर है।
पेपर का दावा: GW170817 के बाद के अवशेषों से प्राप्त "सुपरल्यूमिनल जेट" (एक ऐसी जेट जो ज्यामिति के कारण प्रकाश से तेज़ चलती हुई दिखती है) के अवलोकन का उपयोग करके, उन्हें दूरी का अधिक सटीक कोण प्राप्त हुआ। इस जेट की जानकारी के बिना, माप बहुत धुंधला हो जाता।

परिणाम: पहेली को जोड़ना

टीम ने "कॉस्मिक रूलर" (DES डेटा) और "कॉस्मिक सोनार" (गुरुत्वाकर्षण तरंग डेटा) को एक विशाल गणना में मिला दिया।

परिणाम: उन्होंने हबल स्थिरांक की गणना 67.9 किमी/सेकंड/Mpc की सटीकता के साथ की, जिसकी शुद्धता 6.4% थी।
यह क्यों महत्वपूर्ण है:
- यह पहली बार है जब इन दो विशिष्ट विधियों (वीक लेंसिंग और गुरुत्वाकर्षण तरंगों) को इस गति को मापने के लिए मिलाया गया है।
- यह पुष्टि करता है कि "रूलर" और "सोनार" एक-दूसरे के साथ सहमत हैं (वे सुसंगत हैं)।
- इसने ब्रह्मांड के कुल पदार्थ ( $\Omega_m$ ) के मापन में 22% का सुधार किया।
- यदि वे GW170817 से "जेट" की जानकारी हटा देते, तो सटीकता काफी कम (9.9% तक) हो जाती, जिससे सिद्ध होता है कि जेट डेटा पहेली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा था।

मुख्य निष्कर्ष (The Bottom Line)

यह शोध पत्र अभी तक "हबल टेंशन" (प्रारंभिक और परवर्ती ब्रह्मांड के मापों के बीच का असंतुलन) को हल नहीं करता है। इसके बजाय, यह सिद्ध करता है कि विभिन्न प्रकार के कॉस्मिक डेटा को मिलाना काम करता है।

इसे एक जासूस द्वारा केस सुलझाने जैसा समझें। एक गवाह (रूलर) एक अच्छा विवरण देता है, और दूसरा गवाह (सोनार) एक अलग लेकिन संगत विवरण देता है। जब वे एक साथ गवाही देते हैं, तो तस्वीर बहुत स्पष्ट हो जाती है। लेखक कहते हैं कि जैसे-जैसे हमें भविष्य के टेलिस्कोप और गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों से अधिक डेटा मिलेगा, यह संयुक्त दृष्टिकोण हमें ब्रह्मांड के विस्तार की दर को और भी अधिक सटीकता से निर्धारित करने में मदद करेगा, जिससे हमें यह समझने में मदद मिल सकती है कि स्पीडोमीटर खराब क्यों है।

तकनीकी सारांश: संयुक्त कमजोर लेंसिंग और गुरुत्वाकर्षण तरंग मानक साइरन विश्लेषण से हबल स्थिरांक का प्रथम मापन

समस्या विवरण
हबल स्थिरांक ( $H_0$ ) का मापन ब्रह्मांड विज्ञान में एक केंद्रीय अनुभवजन्य चुनौती बना हुआ है, जो $\Lambda$ CDM धारणा के तहत प्रारंभिक ब्रह्मांड के कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) डेटा से अनुमानित मानों और सीधे देर से ब्रह्मांड के प्रत्यक्ष मापों (जैसे कि टाइप Ia सुपरनोवा) के बीच एक महत्वपूर्ण ( $\gtrsim 5\sigma$ ) तनाव द्वारा चिह्नित है। जबकि कई विश्लेषणों ने $H_0$ को सीमित करने के लिए व्यवस्थित प्रभावों की पहचान करके इन विसंगतियों को सुलझाने का प्रयास किया है, यह समस्या बनी हुई है। यह कार्य एक स्वतंत्र, बहु-संदेशवाहक (multi-messenger) दृष्टिकोण की आवश्यकता को संबोधित करता है जो कॉस्मिक डिस्टेंस लैडर पर निर्भर किए बिना $H_0$ को सीमित कर सके।

कार्यप्रणाली
लेखक दो अलग-अलग अवलोकन संबंधी ढांचों को संयोजित करने वाले एक संयुक्त ब्रह्मांडीय विश्लेषण को प्रस्तुत करते हैं:

3 $\times$ 2pt विश्लेषण (कमजोर लेंसिंग और गैलेक्सी क्लस्टरिंग): डार्क एनर्जी सर्वे (DES) वर्ष 3 (Y3) रिलीज के डेटा का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन तीन टू-पॉइंट सहसंबंध फलनों (2PCFs) का उपयोग करता है: कॉस्मिक शियर (शियर-शियर), गैलेक्सी क्लस्टरिंग (गैलेक्सी-गैलेक्सी), और गैलेक्सी शियर एवं स्थिति का क्रॉस-कोरिलेशन (गैलेक्सी-शियर)। यह ढांचा पदार्थ की प्रचुरता ( $\Omega_m$ ) और पदार्थ घनत्व के उतार-चढ़ाव के आयाम को सीमित करता है। विश्लेषण में स्रोत गैलेक्सी आकृतियों (चार रेडशिफ्ट बिन में लगभग 100 मिलियन गैलेक्सियाँ) और लेंस गैलेक्सी (MagLim सैंपल, छह रेडशिफ्ट बिन में 10.7 मिलियन गैलेक्सियाँ) को शामिल किया गया है, जिसमें गैलेक्सी बायस, इंट्रिन्सिक अलाइनमेंट और रेडशिफ्ट अंशांकन जैसे व्यवस्थित प्रभावों का लेखा-जोखा रखा गया है।
मानक साइरन (Standard Sirens) विश्लेषण: यह अध्ययन लाइगो-विर्गो-कालेरा (LVK) सहयोग द्वारा जारी किए गए ग्रेविटेशनल-वेव ट्रांजिएंट कैटलॉग 4.0 (GWTC-4.0) के डेटा को एकीकृत करता है।
- स्पेक्ट्रल साइरन्स: 141 कॉम्पैक्ट बाइनरी कोलेसेंस (CBC) घटनाओं के लिए, रेडशिफ्ट की जानकारी विशेष रूप से बाइनरी आबादी के द्रव्यमान स्पेक्ट्रम से बेयसियन पदानुक्रमित अनुमान (Bayesian hierarchical inference) का उपयोग करके प्राप्त की जाती है, जिससे कोवेरियंस व्यवस्थित त्रुटियों को रोकने के लिए गैलेक्सी कैटलॉगों पर निर्भरता से बचा जा सके।
- ब्राइट साइरन (GW170817): एक एकल घटना जिसके साथ एक पुष्ट इलेक्ट्रोमैग्नेटिक (EM) काउंटरपार्ट है, उसके लिए विश्लेषण होस्ट गैलेक्सी रेडशिफ्ट (NGC 4993) और, महत्वपूर्ण रूप से, सुपरलुमिनल जेट अवलोकनों से प्राप्त झुकाव कोण (inclination angle) बाधाओं को शामिल करता है। ल्युमिनोसिटी दूरी ( $d_L$ ) के अनुमान को परिष्कृत करने के लिए झुकाव कोण ( $15^\circ < \theta_{jet} < 29^\circ$ ) का उपयोग एक बाहरी प्रायोर (prior) के रूप में किया जाता है।

ब्रह्मांडीय निष्कर्ष (Cosmological Inference)
लेखक DES Y3 3 $\times$ 2pt विश्लेषण और LVK मानक साइरन विश्लेषण (141 स्पेक्ट्रल साइरन्स + 1 ब्राइट साइरन) के पोस्टीरियर वितरणों को संयोजित करते हैं। डेटासेट्स के बीच स्वतंत्रता को मानते हुए, वे पोस्टीरियर्स को मर्ज करने के लिए एक नॉर्मलाइजिंग फ्लो विधि (जिसे tensiometer में लागू किया गया है) का उपयोग करते हैं। विश्लेषण स्पेक्ट्रल साइरन विश्लेषण की आवश्यकताओं से मेल खाने के लिए व्यापक प्रायर्स ( $H_0 \in [10, 200]$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ , $\Omega_m \in [0, 1]$ ) को अपनाते हुए, न्युसेंस पैरामीटर्स पर मार्जिनलाइज़ेशन करता है और ब्रह्मांडीय मापदंडों $s_c = \{H_0, \Omega_m\}$ का अनुमान लगाता है।

मुख्य परिणाम

संयुक्त मापन: संयुक्त विश्लेषण $H_0 = 67.9^{+4.4}_{-4.3}$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ प्रदान करता है, जो एक 6.4% सटीक माप है।
जेट सूचना का प्रभाव: GW170817 के लिए जेट झुकाव कोण का समावेश महत्वपूर्ण है। इस जानकारी को हटाने से केवल मानक साइरन की सटीकता घटकर 15% हो जाती है और संयुक्त सटीकता 9.9% हो जाती है।
$\Omega_m$ पर सीमित करने की शक्ति: जबकि अकेले मानक साइरन घटक $\Omega_m$ पर कोई महत्वपूर्ण प्रतिबंध नहीं लगाता है, लेकिन 3 $\times$ 2pt के साथ संयोजन से फिडुशियल DES Y3 विश्लेषण के सापेक्ष कुल पदार्थ प्रचुरता के मापन की सटीकता में 22% (11% से 8.2% तक) सुधार होता है।
संगति: 3 $\times$ 2pt और मानक साइरन घटकों से प्राप्त $H_0$ पोस्टीरियर्स उनके मेडियन्स के बीच 0.78 $\sigma$ की दूरी के साथ अच्छी सहमति में पाए गए हैं।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र दावा करता है कि यह मानक साइरन्स और कमजोर गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग/गैलेक्सी क्लस्टरिंग अवलोकनों के संयुक्त विश्लेषण से प्राप्त हबल स्थिरांक का पहला मापन प्रस्तुत करता है। लेखक प्रदर्शित करते हैं कि बड़े ब्रह्मांडीय सर्वेक्षणों के मल्टी-प्रोब कॉस्मोलॉजी ढांचे में मानक साइरन्स को शामिल करना कॉस्मिक डिस्टेंस लैडर पर निर्भर किए बिना $H_0$ को सीमित करने के लिए एक व्यवहार्य मार्ग है।

यह अध्ययन रेखांकित करता है कि यह संयुक्त दृष्टिकोण $H_0$ तनाव को सुलझाने के लिए एक पूरक मार्ग प्रदान करता है। लेखक उल्लेख करते हैं कि DES और LVK से आगामी नए डेटा रिलीज और नवनिर्मित उपकरणों से अपेक्षित भविष्य के 3 $\times$ 2pt अवलोकनों के साथ, यह कार्यप्रणाली $H_0$ पर प्रतिशत-स्तर की सटीकता प्राप्त करने और ब्रह्मांड विज्ञान के क्षेत्र को आगे बढ़ाने के लिए एक आशाजनक मार्ग का प्रतिनिधित्व करती है। परिणाम बताते हैं कि मानक साइरन्स के पास पारंपरिक बड़े पैमाने की संरचना (large-scale structure) जांच के साथ मिलकर सूचनात्मक होने के लिए पर्याप्त सीमित करने की शक्ति है, जैसा कि CMB, SNe Ia, या बेरियन एकोस्टिक ऑसिलेशन (BAO) की भूमिका है।

बड़ी समस्या: ब्रह्मांड का स्पीडोमीटर खराब है

नया समाधान: एक दो-उपकरण वाला दृष्टिकोण (Two-Tool Approach)

गुप्त सामग्री: "सुपरल्यूमिनल जेट" (Superluminal Jet)

परिणाम: पहेली को जोड़ना

मुख्य निष्कर्ष (The Bottom Line)

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