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GWTC-5.0: Constraints on the Cosmic Expansion Rate and Modified Gravitational-wave Propagation

GWTC-5.0 कैटलॉग के 236 गुरुत्वाकर्षण तरंग स्रोतों का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन हबल स्थिरांक के अनुमान को 71.07.1+9.071.0^{+9.0}_{-7.1} किमी s1^{-1} Mpc1^{-1} तक परिष्कृत करता है, जो पिछले परिणामों की तुलना में अनिश्चितता में 25.7% की कमी है और गुरुत्वाकर्षण-तरंग प्रसार में सामान्य सापेक्षता से किसी भी विचलन की पुष्टि नहीं करता है।

मूल लेखक: The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration

प्रकाशित 2026-05-27
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मूल लेखक: The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration

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

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक विशाल, फैलते हुए गुब्बारे की तरह है। दशकों से, वैज्ञानिक सटीक रूप से यह मापने की कोशिश कर रहे हैं कि यह गुब्बारा कितनी तेज़ी से फूल रहा है। इस गति को हबल स्थिरांक (Hubble Constant) कहा जाता है। लेकिन समस्या यह है कि जब वे ब्रह्मांड की शुरुआत के प्रकाश (कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड) का उपयोग करके इसे मापते हैं, तो उन्हें एक उत्तर मिलता है। जब वे पास के फटने वाले सितारों (सुपरनोवा) के प्रकाश का उपयोग करके मापते हैं, तो उन्हें एक अलग, थोड़ा तेज़ उत्तर मिलता है। यह असहमति "हबल टेंशन" (Hubble Tension) के रूप में जानी जाती है, और यह आज के भौतिकी के सबसे बड़े रहस्यों में से एक है।

यह शोध पत्र, जिसे LIGO, Virgo और KAGRA सहयोग द्वारा लिखा गया है, गुरुत्वाकर्षण तरंगों (gravitational waves)—जो भारी वस्तुओं के आपस में टकराने से उत्पन्न होने वाली स्पेसटाइम की लहरें हैं—का उपयोग करके विस्तार की उस गति को मापने का एक नया, स्वतंत्र तरीका पेश करता है।

यहाँ एक सरल विवरण दिया गया है कि उन्होंने क्या किया और उन्हें क्या मिला, कुछ रोज़मर्रा के उदाहरणों का उपयोग करते हुए।

1. "स्टैंडर्ड सायरन" (Standard Siren) का उदाहरण

आमतौर पर, अंतरिक्ष में दूरी मापने के लिए, खगोलशास्त्री एक "कॉस्मिक डिस्टेंस लैडर" (cosmic distance ladder) का उपयोग करते हैं। वे उन पास की वस्तुओं से शुरू करते हैं जिनका आकार उन्हें पता होता है, फिर उनका उपयोग दूर की वस्तुओं को मापने के लिए करते हैं, और इसी तरह आगे बढ़ते हैं। यह एक फुटबॉल के मैदान की लंबाई को एक रूलर, फिर एक टेप मेजर, फिर एक कार ओडोमीटर का उपयोग करके मापने की कोशिश करने जैसा है, इस उम्मीद में कि प्रत्येक चरण सटीक होगा।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें एक शॉर्टकट प्रदान करती हैं। जब दो ब्लैक होल या न्यूट्रॉन स्टार आपस में विलीन होते हैं, तो वे एक ध्वनि (एक "चर्प" या चीख) पैदा करते हैं जो अंतरिक्ष के माध्यम से यात्रा करती है। क्योंकि हम जानते हैं कि ये वस्तुएं कैसे विलीन होती हैं, इसलिए उस ध्वनि का "वॉल्यूम" हमें बिल्कुल बताता है कि वे कितनी दूर हैं। वैज्ञानिक इन वस्तुओं को स्टैंडर्ड सायरन (Standard Sirens) कहते हैं।

  • समस्या: ध्वनि हमें दूरी बताती है, लेकिन यह नहीं बताती कि ब्रह्मांड कितनी तेज़ी से विस्तार कर रहा है। इसे प्राप्त करने के लिए, हमें रेडशिफ्ट (redshift) जानने की आवश्यकता है (कि सिग्नल के यात्रा करते समय ब्रह्मांड ने उसे कितना खींचा)।
  • चुनौती: गुरुत्वाकर्षण तरंग का सिग्नल स्वयं "डिजेनरेट" (degenerate) है। यह कोहरे में सुनाई देने वाले सायरन जैसा है; आप बता सकते हैं कि वह कितना तेज़ है, लेकिन आप यह नहीं बता सकते कि वह एक दूर स्थित तेज़ सायरन है या एक पास स्थित धीमा सायरन। सिग्नल वस्तुओं के द्रव्यमान (mass) को उनकी दूरी के साथ मिला देता है।

2. पहेली को सुलझाने के दो तरीके

इस "कोहरे" को तोड़ने के लिए, टीम ने अपने नए कैटलॉग (GWTC-5.0) से 236 गुरुत्वाकर्षण तरंग घटनाओं के साथ दो चतुर तरीकों का उपयोग किया:

विधि A: "स्पेक्ट्रल सायरन" (भीड़ की आवाज़)
कल्पना कीजिए कि आप लोगों की चिल्लाहट से भरे कमरे में जाते हैं। आप नहीं जानते कि कौन कहाँ है, लेकिन आप एक पैटर्न देखते हैं: अधिकांश लोग एक विशिष्ट पिच पर चिल्ला रहे हैं, कुछ लोग इससे ऊँची या नीची पिच पर चिल्ला रहे हैं।

  • यह कैसे काम करता है: वैज्ञानिकों ने सभी विलीन होते ब्लैक होल के "मास स्पेक्ट्रम" (द्रव्यमान स्पेक्ट्रम) का विश्लेषण किया। वे जानते हैं कि ब्लैक होल के बनने के लिए कुछ विशिष्ट "पसंदीदा" द्रव्यमान होते हैं (जैसे कि एक भीड़ का एक निश्चित पिच पसंद करना)। सभी 236 घटनाओं में द्रव्यमान के पैटर्न का विश्लेषण करके, वे सांख्यिकीय रूप से यह पता लगा सकते थे कि ब्रह्मांड ने सिग्नल को कितना खींचा। यह एक व्यक्ति से पूछने के बजाय, पूरे समूह के प्रतिध्वनि पैटर्न (echo patterns) को सुनकर कमरे के आकार का अनुमान लगाने जैसा है।

विधि B: "डार्क सायरन" (मानचित्र की खोज)
कल्पना कीजिए कि आप एक सायरन सुनते हैं लेकिन स्रोत को देख नहीं पाते। आप एक नक्शा निकालते हैं और देखते हैं कि ध्वनि किस दिशा से आ रही है, वहाँ कौन से घर होने की सबसे अधिक संभावना है।

  • यह कैसे काम करता है: प्रत्येक गुरुत्वाकर्षण तरंग घटना के लिए, टीम ने "स्काई मैप" (आकाश मानचित्र) को देखा कि कौन सी आकाशगंगाएँ उस क्षेत्र में थीं। उन्होंने दो विशाल गैलेक्सी कैटलॉग का उपयोग किया (जो ब्रह्मांड के फोन बुक की तरह हैं): एक GLADE+ (एक विस्तृत लेकिन उथली सूची) और दूसरा DES Year 6 (एक छोटे क्षेत्र की गहरी, विस्तृत सूची)। उन्होंने रेडशिफ्ट का अनुमान लगाने के लिए गुरुत्वाकर्षण तरंग की घटना को उस स्थान की आकाशगंगाओं के साथ जोड़ा।
  • सुधार: इस नए अध्ययन में, पिछले अध्ययनों की तुलना में नए इवेंट्स के लिए "स्काई मैप" बहुत अधिक स्पष्ट (बेहतर लोकलाइजेशन) हैं, जिसका श्रेय Virgo डिटेक्टर के शामिल होने को जाता है। यह किसी पड़ोस की धुंधली फोटो से हाई-डेफिनिशन स्ट्रीट व्यू पर जाने जैसा है, जिससे सही घर को ढूंढना बहुत आसान हो जाता है।

3. परिणाम: एक नया माप

इन विधियों को मिलाकर, टीम ने हबल स्थिरांक (H0H_0) की गणना की।

  • परिणाम: उन्होंने पाया कि ब्रह्मांड 71.0 किमी/सेकंड प्रति मेगापारसेक की दर से फैल रहा है।
  • सटीकता: अनिश्चितता (माप का "धुंधलापन") उनके पिछले अध्ययन की तुलना में 25.7% कम हो गई है।
  • तुलना: यह परिणाम दो विरोधाभासी पिछले मापों ( "प्रारंभिक ब्रह्मांड" बनाम "स्थानीय ब्रह्मांड" के मान) के ठीक बीच में स्थित है। यह अभी तक तनाव (tension) को पूरी तरह से हल नहीं करता है, लेकिन यह एक मजबूत, स्वतंत्र जांच प्रदान करता है जो थोड़े तेज़, स्थानीय माप की ओर झुकता है।

मुख्य निष्कर्ष: टीम ने पहली बार पाया कि केवल "डार्क सायरन्स" (दृश्य प्रकाश के बिना सांख्यिकीय विधियों) का उपयोग करने से, उस एक "ब्राइट सायरन" (GW170817) की तुलना में विस्तार दर पर अधिक सटीक नियंत्रण प्राप्त हुआ, जिस पर वे पहले निर्भर थे। यह पर्याप्त डेटा पॉइंट्स होने जैसा है जिससे एक स्पष्ट रेखा खींची जा सके, बजाय इसके कि केवल एक बिंदु के आधार पर अनुमान लगाया जाए।

4. गुरुत्वाकर्षण के नियमों की जाँच

इस शोध पत्र ने एक दूसरा प्रश्न भी पूछा: क्या गुरुत्वाकर्षण ठीक वैसा ही व्यवहार करता है जैसा आइंस्टीन ने भविष्यवाणी की थी?

  • परीक्षण: आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता (General Relativity) के सिद्धांत में, गुरुत्वाकर्षण तरंगें और प्रकाश तरंगें ब्रह्मांड के पार यात्रा करते समय एक ही गति से चलती हैं और एक ही तरह से ऊर्जा खोती हैं। कुछ वैकल्पिक सिद्धांत सुझाव देते हैं कि गुरुत्वाकर्षण को विशाल दूरियों पर "घर्षण" (friction) महसूस हो सकता है या इसकी शक्ति बदल सकती है।
  • उपमा: कल्पना कीजिए कि आप एक दौड़ रहे हैं। यदि आइंस्टीन सही हैं, तो आप और एक प्रकाश किरण दोनों बिल्कुल एक ही समय पर और समान ऊर्जा के साथ समाप्त करेंगे। यदि संशोधित गुरुत्वाकर्षण (modified gravity) सही है, तो आप शायद थोड़े थके हुए या धीमे पहुँचेंगे।
  • परिणाम: वैज्ञानिकों ने कोई प्रमाण नहीं पाया कि गुरुत्वाकर्षण आइंस्टीन की भविष्यवाणी से भिन्न व्यवहार करता है। "घर्षण" शून्य है। ब्रह्मांड मानक सापेक्षता के नियमों के अनुसार खेल रहा है, कम से कम उन पैमानों पर जिनका परीक्षण किया गया था।

सारांश

यह शोध पत्र "गुरुत्वाकर्षण तरंग ब्रह्मांड विज्ञान" (Gravitational Wave Cosmology) की दिशा में एक बड़ा कदम है। 236 ब्रह्मांडीय टकरावों की "चर्प" को सुनकर और उन्हें आकाशगंगा मानचित्रों और सांख्यिकीय पैटर्न के साथ क्रॉस-रेफरेंस करके, टीम ने:

  1. केवल गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग करके अभूतपूर्व सटीकता के साथ ब्रह्मांड के विस्तार की दर को मापा है।
  2. पुष्टि की है कि आइंस्टीन का गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत कायम है, जिसमें गुरुत्वाकर्षण तरंगों को धीमा करने वाला कोई "घर्षण" नहीं मिला।

वे मूल रूप से एक नए, स्वतंत्र उपकरण के साथ ब्रह्मांड के "स्पीडोमीटर" को ट्यून कर रहे हैं, जिससे आधुनिक भौतिकी की सबसे बड़ी बहसों में से एक को सुलझाने में मदद मिल रही है।

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