🔭 astrophysics

New $H(z)$ measurement at Redshift = 0.12 with DESI Data Release 1

DESI डेटा रिलीज़ 1 से 4,000 से अधिक विशाल, निष्क्रिय रूप से विकसित होने वाली आकाशगंगाओं पर BAGPIPES के साथ फुल-स्पेक्ट्रम फिटिंग का उपयोग करते हुए, लेखक रेडशिफ्ट 0.12 पर हबल पैरामीटर का एक नया मापन $H(z=0.12)=71.33 \pm 4.20~{\rm km~s^{-1}~Mpc^{-1}}$ प्राप्त करते हैं, जो अन्य विधियों के अनुरूप है।

मूल लेखक: Ze-fan Wang, Lei Lei, Yi-zhong Fan

प्रकाशित 2026-04-17

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Ze-fan Wang, Lei Lei, Yi-zhong Fan

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

🌌 बड़ी तस्वीर: ब्रह्मांड के स्पीडोमीटर को मापना

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक हाईवे पर तेजी से दौड़ती हुई एक कार है। दशकों से, खगोलशास्त्री यह पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि वह कार अभी कितनी तेज चल रही है। इस गति को हबल स्थिरांक (Hubble Constant - $H_0$ ) कहा जाता है।

हालाँकि, एक समस्या है। जब विभिन्न समूहों के वैज्ञानिक अलग-अलग तरीकों का उपयोग करके इस गति को मापते हैं, तो उन्हें थोड़े अलग उत्तर मिलते हैं। यह ऐसा है जैसे एक GPS ऐप कह रहा हो कि आप 65 मील प्रति घंटे की रफ्तार से जा रहे हैं, जबकि दूसरा कहता है कि आप 73 मील प्रति घंटे की रफ्तार से जा रहे हैं। इस असहमति को "हबल टेंशन" (Hubble Tension) कहा जाता है, और यह संकेत देता है कि हमें शायद ब्रह्मांड के काम करने के तरीके के बारे में कुछ मौलिक जानकारी नहीं मिल पा रही है।

यह शोध पत्र एक विशाल नए डेटासेट का उपयोग करके एक नया, स्वतंत्र स्पीडोमीटर बनाकर इस रहस्य को सुलझाने का एक नया प्रयास है।

⏳ विधि: आकाशगंगाओं को "कॉस्मिक क्लॉक्स" (ब्रह्मांडीय घड़ियों) के रूप में उपयोग करना

कार (ब्रह्मांड) की गति मापने के लिए, आपको यह जानना होगा कि वह कितनी दूर तक चली है और उसे कितना समय लगा है। खगोल विज्ञान में, हम रेडशिफ्ट (Redshift) (प्रकाश का कितना खिंचाव हुआ है, जो बताता है कि वह कितनी दूर है) और समय (आकाशगंगा कितनी पुरानी है) को देखते हैं।

लेखक कॉस्मिक क्रोनोमीटर्स (Cosmic Chronometers) नामक एक चतुर तकनीक का उपयोग करते हैं।

उपमा (Analogy): कल्पना कीजिए कि आप एक जंगल को देख रहे हैं। आप जानना चाहते हैं कि पेड़ कितनी तेजी से बढ़ रहे हैं। यदि आपको दो ऐसे पेड़ मिलें जो बहुत समान हैं लेकिन एक दूसरे की तुलना में थोड़ा पुराना है, तो आप उनकी आयु के अंतर और उनकी दूरी के अंतर को मापकर विकास दर की गणना कर सकते हैं।
वास्तविकता: लेखकों ने विशाल, "पैसिव" (passive) आकाशगंगाओं को चुना। ये वे आकाशगंगाएँ हैं जिन्होंने बहुत समय पहले नए तारे बनाना बंद कर दिया था। वे आकाशगंगा समुदाय के "पुराने, शांत सेवानिवृत्त लोगों" की तरह हैं। क्योंकि उन्होंने विकास करना बंद कर दिया है, इसलिए उनकी "आयु" को पढ़ना बहुत आसान है, जो उन्हें आदर्श घड़ी बनाती है।

📡 डेटा: DESI टेलीस्कोप की "बड़ी किताब"

टीम ने DESI (डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट) का उपयोग किया, जो एरिज़ोना में स्थित एक विशाल रोबोटिक टेलीस्कोप है।

उपमा: DESI को एक सुपर-फास्ट लाइब्रेरियन के रूप में सोचें जो लाखों सितारों और आकाशगंगाओं के "बारकोड" (स्पेक्ट्रा) को एक साथ पढ़ सकता है।
डेटासेट: उन्होंने इस लाइब्रेरी के पहले प्रमुख रिलीज (DR1) से डेटा निकाला, जिसमें 1.8 करोड़ से अधिक वस्तुओं की जानकारी है। इस डेटा के पहाड़ में से, उन्होंने अपनी घड़ियों के रूप में उपयोग करने के लिए 4,000+ सटीक "सेवानिवृत्त" आकाशगंगाओं को सावधानीपूर्वक चुना।

🔍 प्रक्रिया: एक आकाशगंगा की "जीवन कहानी" को पढ़ना

एक बार जब उनके पास 4,000 आकाशगंगाएँ आ गईं, तो उन्हें यह पता लगाना था कि प्रत्येक की आयु वास्तव में क्या है।

उपकरण: उन्होंने BAGPIPES नामक एक परिष्कृत कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग किया।
उपमा: कल्पना कीजिए कि आपके पास किसी वृद्ध व्यक्ति की धुंधली तस्वीर है। आप उसकी सटीक आयु जानना चाहते हैं। आप उनकी झुर्रियों, बालों के रंग और त्वचा की बनावट को देखते हैं। BAGPIPIES आकाशगंगाओं के लिए यही करता है। यह आकाशगंगा से आने वाले प्रकाश की तुलना लाखों सैद्धांतिक "जीवन कहानियों" (मॉडल्स) से करता है ताकि सबसे सटीक मेल मिल सके।
नवाचार: उन्होंने यह सुनिश्चित किया कि कंप्यूटर ब्रह्मांड की एक विशिष्ट गति को पहले से मानकर "चीटिंग" न करे। उन्होंने डेटा को खुद बोलने दिया।

📉 परिणाम: एक नई गति रीडिंग

विभिन्न दूरियों पर इन आकाशगंगाओं की आयु की तुलना करके, टीम ने एक विशिष्ट समय (रेडशिफ्ट $z = 0.12$ ) पर ब्रह्मांड के विस्तार की दर की गणना की।

मापन: उन्होंने पाया कि विस्तार दर 71.33 किमी/सेकंड/Mpc थी।
- अनुवाद: हर एक मिलियन पारसेक (दूरी की एक इकाई) की दूरी पर, ब्रह्मांड 71.33 किलोमीटर प्रति सेकंड की दर से तेजी से फैल रहा है।
अनिश्चितता: वे काफी आश्वस्त हैं, जिसमें त्रुटि की सीमा लगभग ±4.20 है।

🤝 यह क्यों महत्वपूर्ण है

यह नया मापन एक अदालती मामले में तीसरे पक्ष की राय की तरह है।

यह पिछले कुछ मापों के साथ सहमत है।
यह "हबल टेंशन" बहस के बिल्कुल बीच में स्थित है।
सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इसे स्वतंत्र रूप से किया गया था। यह उन अन्य तरीकों पर निर्भर नहीं था जो इस असहमति का कारण बन रहे हैं।

🏁 निष्कर्ष

लेखकों ने एक विशाल नए डेटासेट (DESI) और एक चतुर विधि (कॉस्मिक क्रोनोमीटर्स) का उपयोग करके ब्रह्मांड के लिए एक नया, विश्वसनीय स्पीडोमीटर सफलतापूर्वक बनाया।

मुख्य बात: ब्रह्मांड इस विशिष्ट युग में लगभग 71 किमी/सेकंड/Mpc की दर से फैल रहा है। हालांकि यह अभी तक "हबल टेंशन" को पूरी तरह से हल नहीं करता है, लेकिन यह एक महत्वपूर्ण, उच्च-गुणवत्ता वाला साक्ष्य जोड़ता है, जिससे वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद मिलती है कि क्या यह असहमति माप की त्रुटियों के कारण है या इसका मतलब यह है कि हमारे भौतिकी के ज्ञान को एक बड़े अपडेट की आवश्यकता है।

संक्षेप में: उन्होंने 4,000 पुरानी, शांत आकाशगंगाओं को खोजा, उनसे पूछा कि उनकी आयु क्या है, और इसका उपयोग यह पुष्टि करने के लिए किया कि ब्रह्मांडीय कार हाईवे पर कितनी तेजी से दौड़ रही है।

यहाँ वांग, लेई और फैन द्वारा लिखित शोध पत्र "New H(z) measurement at Redshift = 0.12 with DESI Data Release 1" 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 के अवलोकनों (कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड, $\Lambda$ CDM मॉडल) से प्राप्त हबल स्थिरांक ( $H_0$ ) के मान और देर के ब्रह्मांड (Late-universe) के मापों (टाइप Ia सुपरनोवा) के बीच एक महत्वपूर्ण विसंगति है। यह निर्धारित करने के लिए कि क्या यह तनाव व्यवस्थित त्रुटियों (systematic errors) से उपजा है या नई भौतिकी (new physics) से, ब्रह्मांड के विस्तार के इतिहास के स्वतंत्र प्रोब की आवश्यकता है।

विशेष रूप से, लेखक कॉस्मिक क्रोनोमैटर्स (Cosmic Chronometers - CC) पद्धति का उपयोग करके निम्न रेडशिफ्ट ( $z \approx 0.12$ ) पर हबल पैरामीटर $H(z)$ को मापने का लक्ष्य रखते हैं। यह विधि निष्क्रिय रूप से विकसित होने वाली आकाशगंगाओं के विभेदक आयु ($dt/dz $) को मापने पर निर्भर करती है ताकि$ H(z) = -\frac{1}{1+z} \frac{dz}{dt}$ की गणना की जा सके, जो कि BAO विधियों के विपरीत किसी विशिष्ट ब्रह्मांडीय मॉडल (जैसे साउंड होराइजन कैलिब्रेशन) पर निर्भर नहीं करती है। चुनौती "कॉस्मिक क्लॉक्स" (विशाल, शांत आकाशगंगाओं) के एक सुदृढ़ नमूने का चयन करने और आधुनिक स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा का उपयोग करके उनकी आयु को सटीक रूप से निर्धारित करने में निहित है।

2. कार्यप्रणाली (Methodology)

डेटा स्रोत (Data Source)

DESI DR1: यह अध्ययन डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट (DESI) के पहले प्रमुख सार्वजनिक डेटा रिलीज का उपयोग करता है, जिसमें मई 2021 से जून 2022 तक के अवलोकन शामिल हैं।
लेगेसी सर्वे (Legacy Surveys): लक्ष्य चयन और स्पेक्ट्रल एनर्जी डिस्ट्रीब्यूशन (SED) फिटिंग के लिए DESI लेगेसी इमेजिंग सर्वे (g, r, z, W1-W4 बैंड्स) के फोटोमेट्रिक डेटा का उपयोग किया जाता है।
कैटलॉग्स: लेखक 'स्टेलर मास एंड एमिशन लाइन कैटलॉग' (CIGALE और STARLIGHT पर आधारित) का उपयोग करते हैं और SPARCL तथा एस्ट्रो डेटा लैब से स्पेक्ट्रा प्राप्त करते हैं।

नमूना चयन (Sample Selection)

CC विश्लेषण के लिए उपयुक्त विशाल, निष्क्रिय रूप से विकसित होने वाली आकाशगंगाओं को अलग करने के लिए एक कठोर चयन प्रक्रिया लागू की गई:

आकारिकी (Morphology): अर्ली-टाइप आकाशगंगाओं (MORPHTYPE == DEV) का चयन।
द्रव्यमान और सक्रियता: स्टेलर मास $\log_{10}(M_*/M_\odot) > 11$ और विशिष्ट स्टार फॉर्मेशन रेट $\log_{10}(\text{sSFR}) < -11$ ।
एमिशन लाइन कट्स: शांति (quiescence) सुनिश्चित करने के लिए [O II], [H $\beta$ ], [H $\alpha$ ] का तुल्य चौड़ाई (Equivalent width - EW) $< 4$ Å और S/N $< 3$ ।
स्पेक्ट्रल इंडिसेस: Ca II H/K अवशोषण रेखाओं का अनुपात $< 1.3$ ।
रेडशिफ्ट और गुणवत्ता: उच्च सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात सुनिश्चित करने के लिए $z < 0.2$ और FLUX_SCALE $> 3$ ।

अंतिम नमूना: सख्त द्रव्यमान और वेग विचलन ( $\sigma_{vel} > 100$ km/s) थ्रेशोल्ड लागू करने के बाद 3,429 आकाशगंगाएँ।

स्पेक्ट्रल फिटिंग (BAGPIPES)

लेखकों ने स्पेक्ट्रा और फोटोमेट्री दोनों पर फुल-स्पेक्ट्रम फिटिंग करने के लिए BAGPIPES (Bayesian Analysis of Galaxies for Physical Inference and Parameter EStimation) के एक संशोधित संस्करण का उपयोग किया।

ब्रह्मांडीय स्वतंत्रता (Cosmological Independence): आयु व्युत्पत्ति को मॉडल-स्वतंत्र बनाने के लिए BAGPIPES में कॉस्मोलॉजिकल प्रायर (prior) को हटा दिया गया था।
स्टार फॉर्मेशन हिस्ट्री (SFH): दो SFH मॉडलों का परीक्षण किया गया:
1. डिलेड एक्सपोनेंशियल डिक्लाइनिंग (DED): $SFR(t) \propto (t-T_0)e^{-(t-T_0)/\tau}$ ।
2. डबल पावर-लॉ (DPL): $SFR(t) \propto [(t/\tau)^\alpha + (t/\tau)^{-\beta}]^{-1}$ ।
भौतिक घटक: मॉडल में स्टेलर पॉपुलेशन सिंथेसिस (BC03 के साथ Kroupa IMF), डस्ट एटेनुएशन (Calzetti law), नेबुलर एमिशन (CLOUDY), और स्पेक्ट्रा में सहसंबंधित शोर (correlated noise) को ध्यान में रखने के लिए एक गॉसियन प्रोसेस (GP) नॉइज़ मॉडल शामिल था।
आयु परिभाषा: DED के लिए, आयु $t_U(z_{obs}) - T_0$ के रूप में परिभाषित है। DPL के लिए, मास-वेटेड आयु का उपयोग किया जाता है।

$H(z)$ की गणना

बिनिंग (Binning): नमूने को रेडशिफ्ट और स्टेलर मास बिन में विभाजित किया गया (मध्यवर्ती द्रव्यमान $\log_{10}(M_*) = 11.16$ पर विभाजन)।
डेरिवेटिव अनुमान: आयु-रेडशिफ्ट संबंध ( $t(z)$ ) का निर्माण किया गया। कोवेरिएंस (covariance) को कम करने के लिए, $dz/dt$ की गणना करने हेतु एक गैर-समीपवर्ती अंतर (non-adjacent differencing) दृष्टिकोण का उपयोग किया गया।
सिस्टमैटिक्स (Systematics): बिनिंग रणनीतियों (फिक्स्ड बनाम क्वांटाइल, 2 बनाम 4 बिन्स) और SFH मॉडलों को बदलकर व्यवस्थित अनिश्चितताओं का आकलन किया गया।

3. मुख्य योगदान (Key Contributions)

प्रथम DESI DR1 CC मापन: यह DESI DR1 के विशाल डेटासेट का उपयोग करके कॉस्मिक क्रोनोमीटर मापन प्राप्त करने वाले पहले अध्येशनों में से एक है, जो पिछले कार्यों की तुलना में नमूने के आकार को काफी बढ़ाता है।
फुल-स्पेक्ट्रम फिटिंग: मॉडल-स्वतंत्र आयु और स्टार-फॉर्मेशन हिस्ट्री के मजबूत व्युत्पन्न के लिए कॉस्मोलॉजिकल प्रायर को हटाकर BAGPIPES का अनुप्रयोग प्रदान करता है।
सिस्टमैटिक एरर क्वांटिफिकेशन: यह शोध पत्र बिनिंग रणनीतियों ( $\Delta H_{bin} \approx \pm 1.71$ km/s/Mpc) और SFH मॉडल विकल्पों ( $\Delta H_{SFH} \approx \pm 1.67$ km/s/Mpc) से उत्पन्न व्यवस्थित त्रुटियों को स्पष्ट रूप से मापता है।
"मास-डाउनसाइजिंग" का सत्यापन: परिणाम पुष्टि करते हैं कि एक निश्चित रेडशिफ्ट पर, अधिक द्रव्यमान वाली आकाशगंगाएँ अधिक पुरानी होती हैं, जो मास-डाउनसाइजिंग परिदृश्य के अनुरूप है।

4. परिणाम (Results)

नमूना गुण: चयनित 3,429 आकाशगंगाओं का उच्च स्टेलर मास ( $\log_{10}(M_*/M_\odot) \approx 11.16$ ), कम डस्ट एटेनुएशन ( $A_V \approx 0.1$ mag), और सुपर-सोलर मेटालिसिटी ( $Z/Z_\odot \approx 1.33$ ) है।
आयु-रेडशिफ्ट संबंध: व्युत्पन्न स्टेलर आयु रेडशिफ्ट बढ़ने के साथ स्पष्ट घटती प्रवृत्ति दिखाती है, जो $\Lambda$ CDM मॉडल के पूर्वानुमान के अनुरूप है।
प्राथमिक मापन:
$H(z = 0.12) = 71.33 \pm 3.45 \text{ (stat.)} \pm 1.71 \text{ (bin)} \pm 1.67 \text{ (SFH)} \text{ km s}^{-1} \text{ Mpc}^{-1}$
त्रुटियों को क्वाड्रचर (quadrature) में जोड़कर अंतिम परिणाम प्राप्त होता है:
$H(z = 0.12) = 71.33 \pm 4.20 \text{ km s}^{-1} \text{ Mpc}^{-1}$
संगति (Consistency): यह मान अन्य कॉस्मिक क्रोनोमीटर मापों और Planck 2018 से $\Lambda$ CDM भविष्यवाणी के साथ सुसंगत है, जो वर्तमान साहित्य के एरर बार के भीतर आता है।

5. महत्व (Significance)

यह कार्य ब्रह्मांडीय विस्तार के इतिहास को परिष्कृत करने में DESI सर्वेक्षण की शक्ति को प्रदर्शित करता है। निम्न रेडशिफ्ट पर $H(z)$ का सटीक, मॉडल-स्वतंत्र मापन प्रदान करके, यह हबल टेंशन को सुलझाने के निरंतर प्रयास में योगदान देता है। यह कार्य मानक $\Lambda$ CDM मॉडल का निम्न रेडशिफ्ट पर समर्थन करता है, लेकिन यह भविष्य के सर्वेक्षणों जैसे Euclid और Wide-field Spectroscopic Telescope के साथ उच्च रेडशिफ्ट ( $z > 1$ ) पर निरंतर सटीक मापन की आवश्यकता को भी रेखांकित करता है ताकि विस्तार के इतिहास और डार्क एनर्जी के गुणों को पूरी तरह से मैप किया जा सके।