Marked statistics across the cosmic web: Environmental dependent clustering in modified gravity simulations

ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल, अदृश्य जाल के रूप में करें जो पूरे ब्रह्मांड में फैला हुआ है और सब कुछ एक साथ थामे हुए है। दशकों से, वैज्ञानिक मानते आए हैं कि यह जाल 'जनरल रिलेटिविटी' (सामान्य सापेक्षता) नामक नियमों के एक सेट द्वारा बुना गया है, जो यह बताता है कि कैसे गुरुत्वाकर्षण पदार्थ को एक साथ खींचने वाले एक सौम्य, अदृश्य हाथ की तरह काम करता है। लेकिन हाल ही में, कुछ सुराग संकेत देते हैं कि ब्रह्मांड इन पुराने नियमों की तुलना में अधिक तेज़ी से फैल रहा है, जैसे कि कोई अदृश्य "डार्क एनर्जी" इसे दूर धकेल रही हो। इस रहस्य को सुलझाने के लिए, कुछ वैज्ञानिक सोचते हैं: क्या होगा यदि गुरुत्वाकर्षण के नियम ही बदल जाते हैं जब चीजें बहुत बड़ी या बहुत खाली होती हैं? यह "मॉडिफाइड ग्रेविटी" (संशोधित गुरुत्वाकर्षण) की दुनिया है, जहाँ गुरुत्वाकर्षण खाली स्थानों में थोड़ा अधिक शक्तिशाली हो सकता है, एक छिपे हुए पांचवें बल की तरह जो केवल तभी दिखाई देता है जब ब्रह्मांडीय पड़ोस शांत होता है।

इसकी जांच करने के लिए, शोधकर्ता केवल सितारों को नहीं देखते; वे स्वयं ब्रह्मांड के आकार को देखते हैं। वे कॉस्मिक वेब (ब्रह्मांडीय जाल) को चार अलग-अलग पड़ोसों में विभाजित करते हैं: नोड्स (व्यस्त शहर के केंद्र जहाँ गैलेक्सी क्लस्टर रहते हैं), फिलामेंट्स (शहरों को जोड़ने वाले लंबे, धागेनुमा राजमार्ग), वॉल्स (विशाल, सपाट चादरें), और वॉयड्स (सब चीजों के बीच के विशाल, खाली रेगिस्तान)। बड़ा सवाल यह है कि: यदि गुरुत्वाकर्षण के पास वास्तव में कोई गुप्त पांचवां बल है, तो हम उसे कहाँ सक्रिय होते देखेंगे? क्या यह भीड़भाड़ वाले शहरों में होगा, या यह खाली रेगिस्तानों में सबसे ज़ोर से फुसफुसा रहा होगा?

यह शोध पत्र एक विशाल कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके इस प्रश्न की गहराई से जांच करता है। लेखकों, जोकिन आर्मीजो और लुकास डा कोस्टा ने एक डिजिटल ब्रह्मांड बनाया जो एक विशिष्ट संशोधित गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत (जिसे Hu-Sawicki $f(R)$ कहा जाता है) के नियमों का पालन करता है और इसकी तुलना सामान्य गुरुत्वाकर्षण द्वारा संचालित एक मानक ब्रह्मांड से की। उन्होंने केवल गैलेक्सी की गिनती नहीं की; उन्होंने "मार्क्ड कोरिलेशन फंक्शन" (चिह्नित सहसंबंध फलन) नामक एक चतुर सांख्यिकीय उपकरण का उपयोग किया। इस उपकरण को हर जोड़ी के स्थानीय वातावरण के आधार पर प्रत्येक गैलेक्सी को तौलने के तरीके के रूप में समझें। यह कुछ ऐसा है जैसे पूछना, "क्या दो गैलेक्सियाँ जो एक घने शहर के क्लस्टर में रहती हैं, उन दो गैलेक्सियों से अलग व्यवहार करती हैं जो एक अकेले वॉयड में रहती हैं?"

टीम ने पाया कि संशोधित गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत एक बहुत ही विशिष्ट छाप छोड़ता है। उनके सिमुलेशन में, "पांचवां बल" कम घनत्व वाले क्षेत्रों में गुरुत्वाकर्षण को मजबूत बनाता है, जिससे संरचनाएं मानक मॉडल की तुलना में अलग तरह से बनती हैं। हालांकि, सबसे आश्चर्यजनक खोज यह नहीं थी कि खाली वॉयड्स ही एकमात्र स्थान थे जहाँ देखना था; अध्ययन से पता चला कि जटिल, नॉन-लीनियर (गैर-रैखिक) क्षेत्र में, जहाँ संरचनाएं सक्रिय रूप से बन रही हैं, फिलामेंट्स (ब्रह्मांडीय राजमार्ग) और नोड्स (शहर के केंद्र) वास्तव में इस नए बल के बारे में सबसे अधिक जानकारी रखते हैं। जब शोधकर्ताओं ने इन दो विशिष्ट वातावरणों के डेटा को मिलाया, तो उन्होंने पाया कि संशोधित गुरुत्वाकर्षण के संकेत का स्तर तब से चार गुना अधिक शक्तिशाली हो गया जब उन्होंने सभी गैलेक्सियों को एक साथ मिला दिया था।

हालांकि वॉयड्स ने भी कुछ बदलाव दिखाए, लेकिन अध्ययन सुझाव देता है कि नॉन-लीनियर शासन में इन गुरुत्वाकर्षण बदलावों को पकड़ने के लिए असली "स्मोकिंग गन" (पुख्ता सबूत) वेब के व्यस्त और परस्पर जुड़े हुए हिस्सों में निहित है। उन्होंने इसका सिमुलेशन 1536 Mpc $h^{-1}$ चौड़े एक स्पेस बॉक्स का उपयोग करके किया, जिसमें 2048$^3$ कण थे, और इसकी तुलना CMASS और DESI जैसे वास्तविक दुनिया के सर्वेक्षणों के समान गैलेक्सी नमूनों से की। उन्होंने पाया कि DESI जैसे सर्वेक्षण के लिए, विशेष रूप से फिलामेंट्स और नोड्स के संयोजन को देखने से वर्तमान तरीकों की तुलना में इन गुरुत्वाकर्षण विचलन को पहचानने की क्षमता चार गुना बढ़ सकती है।

तो, इसका भविष्य के लिए क्या अर्थ है? यह सुझाव देता है कि यदि हम गुरुत्वाकर्षण को नियम तोड़ते हुए पकड़ना चाहते हैं, तो हमें केवल खाली वॉयड्स को नहीं देखना चाहिए या व्यस्त क्लस्टर्स को अनदेखा नहीं करना चाहिए। हमें ब्रह्मांडीय राजमार्गों और उन व्यस्त क्लस्टरों पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है जहाँ गैलेक्सियाँ रहती हैं, विशेष रूप से जब हम वेब के जटिल, नॉन-लीनियर हिस्सों का विश्लेषण कर रहे हों। इन विभिन्न पड़ोसों को एक बड़े ढेर के बजाय अलग-अलग सुरागों के रूप में मानकर, वैज्ञानिक अंततः यह बता पाएंगे कि क्या हमारी गुरुत्वाकर्षण की समझ पूर्ण है, या ब्रह्मांडीय वेब के धागों में एक छिपा हुआ पांचवां बल खोजे जाने की प्रतीक्षा कर रहा है।