🔭 astrophysics

The age of the Universe from a large sample of the oldest Galactic stars

मिलकी वे (Milky Way) के 155,600 पुराने, धातु-विहीन और $\alpha$ -समृद्ध तारों के एक बड़े नमूने का विश्लेषण करके, लेखक सबसे पुराने तारे की आयु लगभग 13.73 Gyr अनुमानित करते हैं, जो एक ऐसा परिणाम है जो मानक $\Lambda$ CDM ब्रह्मांडीय मॉडल के अनुरूप है और उन हबल टेंशन (Hubble tension) समाधानों को चुनौती देता है जो पुनर्संयोजन (recombination) से पूर्व नई भौतिकी पर निर्भर होकर ब्रह्मांडीय आयु को कम करने का प्रयास करते हैं।

मूल लेखक: Indranil Banik, Thenujaya Kudakolawa Kaluarachchige, Stephen Cookson, Harry Desmond

प्रकाशित 2026-07-02

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Indranil Banik, Thenujaya Kudakolawa Kaluarachchige, Stephen Cookson, Harry Desmond

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

ब्रह्मांडीय जन्मदिन की पार्टी (The Cosmic Birthday Party)

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक विशाल, प्राचीन घर है। ब्रह्मांड विज्ञानी (वे वैज्ञानिक जो ब्रह्मांड का अध्ययन करते हैं) यह पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि यह घर वास्तव में कब बनाया गया था। उनके पास उम्र का अनुमान लगाने के दो मुख्य तरीके हैं:

ब्लूप्रिंट (खाका): वे प्रारंभिक ब्रह्मांड के "ब्लूप्रिंट" (कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड) को देखते हैं ताकि यह गणना की जा सके कि यह कितने समय से फैल रहा है। यह सुझाव देता है कि यह घर लगभग 13.8 अरब वर्ष पुराना है।
जीवाश्म (Fossils): वे घर के अंदर सबसे पुराने फर्नीचर की तलाश करते हैं। हमारे मामले में, "फर्नीचर" तारे हैं। यदि आपको 13 अरब वर्ष पुराना तारा मिलता है, तो घर कम से कम उतना पुराना तो होना ही चाहिए।

समस्या: कमरे में तनाव (A Tension in the Room)

हाल ही में, एक संघर्ष उत्पन्न हुआ है। आज ब्रह्मांड कितनी तेजी से फैल रहा है (जिसे "हबल टेंशन" कहा जाता है) इसके कुछ माप यह सुझाव देते हैं कि यदि हम गणित को ठीक करने के लिए कुछ नए भौतिकी सिद्धांतों का उपयोग करें, तो ब्रह्मांड वास्तव में बहुत छोटा हो सकता है—केवल लगभग 12.9 अरब वर्ष पुराना।

यदि ब्रह्मांड केवल 12.9 अरब वर्ष पुराना है, लेकिन हमें 13.5 अरब वर्ष पुराना तारा मिलता है, तो यह एक समस्या है। यह वैसा ही है जैसे किसी ऐसे घर में 100 साल के बुजुर्ग व्यक्ति को देखना जो केवल 90 साल पहले बना था। कुछ तो गलत है—या तो गणित, या माप, या फिर कहानी।

जांच: डेटा की सफाई (The Investigation: Cleaning the Data)

इस शोध पत्र के लेखकों ने इस "तनाव" को सुलझाने के लिए "जीवाश्मों" (तारों) की जांच करने का निर्णय लिया। उन्होंने LAMOST नामक टेलीस्कोप और Gaia नामक अंतरिक्ष मानचित्र से तारों की एक विशाल सूची से शुरुआत की, जिसमें 247,000 तारे थे।

हालाँकि, वे जानते थे कि यह सूची अव्यवस्थित थी। यह एक ऐसी लाइब्रेरी की तरह थी जहाँ कुछ किताबों पर गलत लेबल लगे हुए थे।

ग्लिच (खराबी): उन्होंने देखा कि कुछ तारों को अविश्वसनीय रूप से पुराना (16 अरब वर्ष से अधिक) बताया गया था, लेकिन उनके एरर बार (त्रुटि सीमा) संदिग्ध रूप से बहुत सटीक और छोटे थे। यह ऐसा था मानो किसी लाइब्रेरियन ने दावा किया हो कि एक किताब 100% सटीक है, जबकि उसने उसे कभी पढ़ा ही नहीं।
सफाई (The Cleanup): इसे ठीक करने के लिए, उन्होंने सख्त "गुणवत्ता फिल्टर" लागू किए। उन्होंने उन तारों को देखा जो रासायनिक रूप से तर्कसंगत थे।
- मेटल नियम (The Metal Rule): आकाशगंगा के सबसे पुराने तारों को "धातु-विहीन" (metal-poor) होना चाहिए (जैसे एक कच्चा, बिना रिफाइन किया हुआ पत्थर)। यदि कोई तारा प्राचीन दिखता है लेकिन "धातु-समृद्ध" (metal-rich) है (जैसे एक चमकदार, प्रोसेस्ड सिक्का), तो वह संभवतः एक गलती है।
- अल्फा नियम (The Alpha Rule): सबसे पुराने तारों में "अल्फा तत्व" (विशिष्ट रासायनिक सामग्रियां) समृद्ध होने चाहिए। यदि किसी प्राचीन तारे में ये तत्व नहीं हैं, तो वह शायद नकली है।
- दोहरी जांच (The Double-Check): उन्होंने अपने तारों की आयु को एक अलग डेटाबेस (Gaia FLAME) के साथ क्रॉस-रेफरेंस किया। यदि दोनों डेटाबेस के बीच बहुत अधिक अंतर था, तो उन्होंने उस तारे को हटा दिया।

इस कठोर सफाई के बाद, उनके पास 155,600 तारे बचे। वह "ग्लिच" जहाँ एरर बार अजीब तरह से छोटे हो गए थे, गायब हो गया। डेटा अब साफ दिख रहा था।

खोज: सबसे पुराना तारा ढूंढना (The Discovery: Finding the Oldest Star)

अपनी साफ सूची के साथ, उन्होंने उन्नत सांख्यिकी (एक सुपर-पावर्ड जासूस की तरह) का उपयोग करके नमूने में सबसे पुराने तारे की वास्तविक आयु का पता लगाया।

परिणाम: उन्होंने पाया कि सबसे पुराना तारा लगभग 13.73 अरब वर्ष पुराना है।
त्रुटि की सीमा (Margin of Error): अनिश्चितता को ध्यान में रखते हुए भी, वह तारा लगभग निश्चित रूप से 13.5 अरब वर्ष से अधिक पुराना है।

फैसला: कौन सही है? (The Verdict: Who is Right?)

यह परिणाम एक बड़ी बात है क्योंकि यह ब्रह्मांडीय बहस में एक रेफरी की तरह काम करता है:

यह "ब्लूप्रिंट" (मानक मॉडल) का समर्थन करता है: 13.73 अरब वर्ष की आयु मानक सिद्धांत के साथ पूरी तरह फिट बैठती है, जो कहता है कि ब्रह्मांड 13.8 अरब वर्ष पुराना है (यह मानते हुए कि पहले तारे बिग बैंग के 0.2 अरब साल बाद बने थे)।
यह "नई भौतिकी" (New Physics) के सिद्धांतों को चुनौती देता है: वे सिद्धांत जो हबल टेंशन को हल करने के लिए प्रारंभिक ब्रह्मांड को बदलने की कोशिश करते हैं, एक ऐसे ब्रह्मांड की भविष्यवाणी करते हैं जो केवल ~12.9 अरब वर्ष पुराना है।
- उपमा (Analogy): यदि ब्रह्मांड केवल 12.9 अरब वर्ष पुराना है, तो 13.73 अरब वर्ष पुराना तारा एक "टाइम ट्रैवलर" (समय यात्री) है। उसका अस्तित्व ही नहीं होना चाहिए।
- निष्कर्ष: लेखक तर्क देते हैं कि यह समझाना बहुत कठिन है कि कोई तारा स्वयं ब्रह्मांड से भी अधिक पुराना कैसे हो सकता है। इसलिए, जो सिद्धांत एक छोटे ब्रह्मांड की भविष्यवाणी करते हैं, वे संभवतः गलत हैं।

सारांश (Summary)

शोध पत्र कहता है: "हमने तारों की एक बड़ी, अव्यवस्थित सूची ली, उसे सख्त रासायनिक नियमों का उपयोग करके साफ किया, और पाया कि सबसे पुराना तारा लगभग 13.7 अरब वर्ष पुराना है। यह पुष्टि करता है कि ब्रह्मांड संभवतः मानक 13.8 अरब वर्ष पुराना ही है और उन सिद्धांतों पर संदेह पैदा करता है जो अन्य ब्रह्मांडीय समस्याओं को ठीक करने के लिए ब्रह्मांड को छोटा दिखाने की कोशिश करते हैं।"

उन्होंने समय यात्रा का कोई नया तरीका नहीं खोजा, न ही उन्होंने तारों के नए चिकित्सा उपयोग सुझाए। उन्होंने बस ब्रह्मांड की आयु की जांच करने के लिए तारों को एक घड़ी के रूप में इस्तेमाल किया, और घड़ी कहती है कि मानक कहानी ही संभवतः सही है।

तकनीकी सारांश: सबसे पुराने गैलेक्टिक सितारों के एक बड़े नमूने से ब्रह्मांड की आयु का निर्धारण

समस्या विवरण
यह शोध पत्र मिल्की वे (Milky Way) के सबसे पुराने सितारों की अंतर्निहित आयु ( $A_\star$ ) का अनुमान लगाकर ब्रह्मांड की आयु ( $A_U$ ) के निर्धारण को संबोधित करता है। यह माप $A_U$ के लिए एक महत्वपूर्ण निचली सीमा के रूप में कार्य करता है (जहाँ $A_U = A_\star + t_f$ , जिसमें $t_f \approx 0.2$ Gyr पहले लंबे समय तक जीवित रहने वाले सितारों के निर्माण का समय है)। यह अध्ययन "हबल टेंशन" (Hubble tension) से प्रेरित है, जो कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) के तहत मानक $\Lambda$ CDM मॉडल ( $H_0^{CMB} \approx 67.4$ किमी/सेकंड/Mpc) से प्राप्त हबल स्थिरांक ( $H_0$ ) और स्थानीय दूरी-सीढ़ी (distance-ladder) के मापों ( $H_0^{local} \approx 73.5$ किमी/सेकंड/Mpc) के बीच एक सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण विसंगति है।

पुनर्संयोजन (recombination) से पूर्व नई भौतिकी (new physics) से संबंधित समाधान इस तनाव को दूर करने के लिए एक युवा ब्रह्मांड ( $A_U \approx 12.9 \pm 0.2$ Gyr) की भविष्यवाणी करते हैं, ताकि उच्च $H_0$ को समायोजित किया जा सके और CMB डेटा के साथ निरंतरता बनी रहे। इसके विपरीत, मानक CMB-कैलिब्रेटेड $\Lambda$ CDM मॉडल $A_U \approx 13.8$ Gyr की भविष्यवाणी करता है। लेखक किसी भी ऐसे मजबूत कॉस्मोलॉजिकल प्रायर (cosmological priors) को लागू किए बिना, जो परिणाम को किसी भी मॉडल की ओर पक्षपाती बना सके, $A_\star$ को प्राप्त करने के लिए एक बड़े, उच्च-गुणवत्ता वाले गैलेक्टिक सितारों के नमूने से परीक्षण करने का लक्ष्य रखते हैं।

कार्यप्रणाली (Methodology)
लेखक शियांग एवं रिक्‍स (Xiang & Rix, 2022, जिसे आगे X22 कहा गया है) कैटलॉग से 247,103 सबजियंट (subgiant) सितारों के नमूने का उपयोग करते हैं, जो LAMOST DR7 स्पेक्ट्रोस्कोपी को Gaia eDR3 एस्ट्रोमेट्री के साथ जोड़ता है। सितारों की आयु का अनुमान शुरू में योन्सेई-येल (Yonsei-Yale - YY) आइसोक्रोन्स (isochrones) का उपयोग करके लगाया गया था। कॉस्मोलॉजिकल इन्फरेंस के लिए आयु अनुमानों की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए, लेखकों ने जनसंख्या-स्तर के कठोर गुणवत्ता नियंत्रण कट (quality cuts) लागू किए, जिन्हें उन सितारों को हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया था जिनके आयु निर्धारण समस्याग्रस्त थे (जैसे, अत्यधिक उच्च आयु पर अवास्तविक रूप से कम अनिश्चितता वाले सितारे) बिना किसी गोलाकार कॉस्मोलॉजिकल पूर्वाग्रह (circular cosmological biases) को पेश किए।

प्रमुख गुणवत्ता नियंत्रण चरणों में शामिल थे:

एस्ट्रोमेट्रिक कट (Astrometric Cuts): पैरालेक्स अनिश्चितता $\sigma_\varpi/\varpi < 0.1$ और $\varpi > 0.2$ mas की आवश्यकता (नमूने को 5 kpc के भीतर सीमित करना)।
बाइनरी संदूषण (Binary Contamination): मार्जिनल रूप से रिज़ॉल्व्ड बाइनरी को हटाने के लिए Gaia डेटा में उच्च ipd_frac_multi_peak मान वाले सितारों को बाहर करना।
रासायनिक निरंतरता (Chemical Consistency): धातुता ([Fe/H]) और $\alpha$ -तत्व प्रचुरता ([ $\alpha$ /Fe]) पर आयु-निर्भर कट लगाना। लेखक यह सुनिश्चित करते हैं कि पुराने सितारों को धातु-रहित (metal-poor) और $\alpha$ -समृद्ध होना चाहिए, जो गैलेक्टिक रासायनिक विकास मॉडलों के अनुरूप है। जो सितारे पुराने दिखते हैं लेकिन धातु-समृद्ध या $\alpha$ -रहित हैं, उन्हें माप त्रुटि के रूप में खारिज कर दिया गया।
क्रॉस-कैटलॉग सत्यापन (Cross-Catalogue Validation): केवल Gaia DR3 डेटा से प्राप्त FLAME आयु के साथ YY आयु की तुलना करना। आयु-द्रव्यमान संबंध पर एक रैखिक ट्रेंडलाइन फिट की गई ताकि लापता FLAME आयु का अनुमान लगाया जा सके, जिसके बाद YY और FLAME आयु के बीच $3\sigma$ आउटलियर रिजेक्शन (outlier rejection) किया गया।

इन कट्स के बाद, अंतिम नाममात्र (nominal) नमूने में 155,600 सितारे शामिल थे। लेखकों ने अंतर्निहित आयु वितरण $P(A)$ को पुनर्गठित करने और $A_\star$ को अनुमानित करने के लिए दो प्राथमिक सांख्यिकीय दृष्टिकोणों का उपयोग किया:

पुनरावृत्ति पुनर्निर्माण (Iterative Reconstruction): एक गैर-पैरामीट्रिक विधि जहाँ जनसंख्या वितरण व्यक्तिगत सितारों के पोस्टीरियर (posteriors) को परिष्कृत करने के लिए एक प्रायर के रूप में कार्य करता है, जिसे अभिसरण (convergence) तक दोहराया जाता है।
MCMC पुनर्निर्माण: 100 आयु बिनों (0.1–20.1 Gyr) में $P(A)$ का अनुमान लगाने के लिए एक मार्कोव चेन मोंटे कार्लो (MCMC) दृष्टिकोण। लेखकों ने वितरण के लॉग-पोस्टीरियर को मॉडल किया, जिसमें शोर (noise) को सुचारू बनाने के लिए एक ग्रेडिएंट पेनल्टी शामिल थी। $A_\star$ का अनुमान लगाने के लिए, उन्होंने पुनर्गठित संभाव्यता घनत्व और इसकी अनिश्चितता के अनुपात ( $P/\sigma$ ) का विश्लेषण किया, जिससे एक तीक्ष्ण "क्रॉसओवर" बिंदु की पहचान हुई जहाँ वितरण घटते रुझान से एक सपाट "बायस फ्लोर" (जहाँ एल्गोरिदम द्वारा $P > 0$ लागू किया जाता है) में परिवर्तित हो जाता है।

मुख्य परिणाम
विश्लेषण नमूने में सबसे पुराने तारे की आयु के लिए एक मजबूत अनुमान प्रदान करता है:
$A_\star = 13.73^{+0.18}_{-0.15} \text{ Gyr}$
यह परिणाम नामित नमूने और विश्लेषण पद्धति से प्राप्त किया गया है। लेखकों ने $A_\star$ के मान की मजबूती का परीक्षण करने के लिए गुणवत्ता कट में बदलाव किए:

धातुता कट (Metallicity Cuts): [Fe/H] की ऊपरी सीमा को शिथिल करने (अधिक धातु-समृद्ध सितारों को अनुमति देने) से $A_\star$ में मामूली वृद्धि हुई (अधिकतम $14.02^{+0.18}_{-0.15}$ Gyr तक), जबकि इसे सख्त करने से $A_\star$ कम हो गया (नीचे $13.31^{+0.21}_{-0.18}$ Gyr तक)। हालांकि, लेखक तर्क देते हैं कि 0.2 dex द्वारा कट को सख्त करना अवास्तविक है क्योंकि यह उन सितारों को हटा देता है जो गैलेक्टिक आयु-धातुता रुझान के अनुरूप हैं और Gaia-Sausage/Enceladus विलय जैसे ज्ञात समूहों को बाहर करता है।
$\alpha$ -संवर्धन और क्रॉस-कैटलॉग कट: [ $\alpha$ /Fe] फ्लोर और YY-FLAME समझौते की कठोरता ( $2.5\sigma$ बनाम $3\sigma$ ) में बदलाव के परिणामस्वरूप $A_\star$ के मान नामित परिणाम के भीतर अनिश्चितताओं के साथ सुसंगत रहे।

एक माध्यमिक विश्लेषण, जो "अर्ली केमिस्ट्री" (early chemistry) उप-नमूने (कम [Fe/H] और उच्च [ $\alpha$ /Fe] वाले 1,556 सितारे) पर केंद्रित था, जिसने $P(A)$ के लिए एक पैरामीट्रिक डिलेड- $\tau$ (delayed- $\tau$ ) मॉडल का उपयोग किया, ने $A_\star = 13.85^{+0.05}_{-0.04}$ Gyr का एक सुसंगत परिणाम दिया, जो मुख्य निष्कर्ष का और समर्थन करता है।

महत्व और दावे
शोध पत्र दावा करता है कि इसका अनुमानित $A_\star$ मानक CMB-कैलिब्रेटेड $\Lambda$ CDM भविष्यवाणी ( $A_\star^{CMB} \approx 13.6$ Gyr, यह मानते हुए कि $t_f = 0.2$ Gyr) के साथ सुसंगत है, लेकिन "अर्ली-टाइम" (early-time) समाधानों ( $A_\star^{ETS} \approx 12.7$ Gyr) के साथ महत्वपूर्ण तनाव ( $>2\sigma$ ) में है।

लेखक तर्क देते हैं कि:

नई भौतिकी पर प्रतिबंध: मानक $\Lambda$ CDM आयु के साथ सहमति उन समाधानों पर संदेह पैदा करती है जो केवल पुनर्संयोजन से पहले की नई भौतिकी पर निर्भर करते हैं, क्योंकि उन्हें आम तौर पर $12.9 \pm 0.2$ Gyr की कॉस्मिक आयु की आवश्यकता होती है। ऐसी कम आयु को लेखकों के परिणाम के साथ सामंजस्य बिठाने के लिए वर्तमान में समझी जाने वाली स्टेलर मॉडलिंग अनिश्चितताओं को काफी बड़ा होना होगा, जो कि नमूने की कम धातुता और स्वतंत्र एस्ट्रोसेस्मिक बाधाओं को देखते हुए असंभावित है।
पद्धतिगत मजबूती: अध्ययन यह प्रदर्शित करता है कि जनसंख्या-स्तर के गुणवत्ता कट (रसायन विज्ञान और क्रॉस-कैटलॉग निरंतरता पर आधारित) उन आउटलियर्स को हटाने के लिए आवश्यक हैं जो अन्यथा आयु अनुमानों को पक्षपाती बना सकते हैं। MCMC पुनर्निर्माण का उपयोग अंतर्निहित आयु वितरण और उसकी अनिश्चितताओं के कठोर प्रबंधन की अनुमति देता है।
पिछले कार्य के साथ निरंतरता: परिणाम सबसे पुराने ग्लोबुलर क्लस्टर्स और व्यक्तिगत सितारों (जैसे, HD 140283) के पिछले अनुमानों के अनुरूप है, जो इस विचार को पुख्ता करता है कि ब्रह्मांड लगभग 13.8 Gyr पुराना है।

शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि स्टेलर मॉडलिंग अनिश्चितताएं मौजूद हैं, वे सबसे पुराने सितारों की उच्च अनुमानित आयु को हबल टेंशन के अर्ली-टाइम समाधानों द्वारा अनुमानित कम आयु के साथ सामंजस्य बिठाने के लिए पर्याप्त नहीं हैं, जिससे ब्रह्मांड की मानक कॉस्मोलॉजिकल आयु का समर्थन मिलता है।