First tomographic measurements of the angular clustering and bias of photometric quasars from S-PLUS
यह शोध पत्र S-PLUS QuCatS कैटलॉग के 23,402 फोटोट्रॉमिक क्वासर के कोणीय क्लस्टरिंग और रैखिक बायस (linear bias) के पहले टोमोग्राफिक मापन प्रस्तुत करता है, जो पिछले अध्ययनों और लॉरेंट एट अल. (2017) के बायस इवोल्यूशन मॉडल के अनुरूप परिणाम पाते हैं और साथ ही इस डेटासेट के फोटोट्रॉमिक रेडशिफ्ट अंशांकन (photometric redshift calibration) को भी मान्य करते हैं।
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ब्रह्मांड सितारों और आकाशगंगाओं का केवल एक यादृच्छिक बिखराव नहीं है; यह एक विशाल, जटिल जाल है जहाँ पदार्थ अनुमानित पैटर्न में एक साथ एकत्रित होता है। यह समझने के लिए कि इस ब्रह्मांडीय संरचना का निर्माण और विकास कैसे हुआ, खगोलशास्त्री वस्तुओं के "क्लस्टरिंग" (समूहन) का अध्ययन करते हैं—अनिवार्य रूप से यह मापते हैं कि वे पूरी तरह से यादृच्छिक वितरण की तुलना में एक-दूसरे के पास कितनी बार दिखाई देते हैं। इसके लिए सबसे शक्तिशाली उपकरणों में से एक क्वासर (quasar) है, जो एक दूरस्थ आकाशगंगा के केंद्र में स्थित एक सुपरमैसिव ब्लैक होल द्वारा संचालित एक चमकदार प्रकाश स्तंभ है। क्योंकि क्वासर अत्यंत चमकीले होते हैं, उन्हें विशाल दूरियों तक देखा जा सकता है, जो ब्रह्मांड के अदृश्य ढांचे को मैप करने वाले संकेत स्तंभों के रूप में कार्य करते हैं। हालाँकि, क्वासर ब्रह्मांड का पूर्णतः सटीक चित्रण नहीं करते हैं; वे डार्क मैटर के सबसे विशाल और सघन क्षेत्रों में रहने की प्रवृत्ति रखते हैं, जिससे वे "बायस्ड" (पक्षपाती) ट्रेसर बन जाते हैं। यह मापकर कि वे कितने बायस्ड हैं, और समय के साथ यह बायस कैसे बदलता है, वैज्ञानिक हमारे उन मौलिक सिद्धांतों का परीक्षण कर सकते हैं कि ब्रह्मांड कैसे बढ़ता है और डार्क मैटर कैसे व्यवहार करता है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने 'साउदर्न फोटोमेट्रिक लोकल यूनिवर्स सर्वे' (S-PLUS) के क्वासरों के एक विशाल संग्रह का विश्लेषण करके इस दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है। 'क्वाटस' (QuCatS) नामक एक कैटलॉग का उपयोग करते हुए, जिसमें सैकड़ों हजारों संभावित क्वासर शामिल हैं, टीम ने 23,402 उच्च-विश्वास वाले क्वासरों के एक विशिष्ट समूह को अलग किया। ये वस्तुएं उन दूरियों पर स्थित हैं जो उस समय के अनुरूप हैं जब ब्रह्मांड वर्तमान आयु का लगभग एक-तिहाई से आधा था। शोधकर्ताओं ने इन क्वासरों को उनकी दूरी, या रेडशिफ्ट (redshift), के आधार पर चार अलग-अलग समूहों में विभाजित किया, जिससे वे ब्रह्मांड के इतिहास के चार अलग-अलग क्षणों को देख सके। प्रत्येक समूह के लिए, उन्होंने आकाश में क्वासर कितनी मजबूती से एक साथ क्लस्टर करते हैं, इसका मापन किया, और अपने इन प्रेक्षणों की तुलना ब्रह्मांड विज्ञान के मानक मॉडल के पूर्वानुमानों के विरुद्ध की, जो एक ऐसे ब्रह्मांड की कल्पना करता है जो डार्क एनर्जी और कोल्ड डार्क मैटर द्वारा प्रधान है।
यह अध्ययन 'टोमोग्राफी' नामक एक तकनीक पर केंद्रित था, जो चीजों में होने वाले परिवर्तनों को देखने के लिए ब्रह्मांड को परतों में विभाजित करती है। चूंकि इन क्वासरों की दूरियां विस्तृत स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण के बजाय लाइट फिल्टर्स का उपयोग करके अनुमानित की गई थीं, इसलिए शोधकर्ताओं को इस बात का हिसाब रखना पड़ा कि प्रत्येक वस्तु वास्तव में कहाँ स्थित है, इसमें एक निश्चित स्तर की अनिश्चितता थी। इसे संभालने के लिए, उन्होंने एक परिष्कृत सांख्यिकीय पद्धति का उपयोग किया जिसने प्रत्येक क्वासर की दूरी को एक निश्चित बिंदु के बजाय संभावनाओं की एक सीमा के रूप में माना। उन्होंने ब्रह्मांड के एक हजार सिम्युलेटेड संस्करण तैयार किए, जिन्हें 'मॉक कैटलॉग' कहा जाता है, जिन्होंने सर्वेक्षण की ज्यामिति और पदार्थ के अपेक्षित वितरण की नकल की। अपने वास्तविक मापों की इन सिमुलेशन के साथ तुलना करके, वे उच्च सटीकता के साथ अपने परिणामों की सांख्यिकीय अनिश्चितता की गणना कर सके।
परिणामों ने एक स्पष्ट और सुसंगत पैटर्न प्रकट किया: जैसे-जैसे हम अतीत में पीछे देखते हैं, क्वासर का बायस (bias) बढ़ता जाता है। क्वासरों के सबसे निकटतम समूह में, जो लगभग 1.26 के रेडशिफ्ट पर हैं, बायस लगभग 2.17 मापा गया था। जैसे-जैसे टीम ने प्रगतिशील रूप से अधिक दूरस्थ समूहों को देखा, बायस लगातार बढ़ा, रेडशिफ्ट 1.63 पर 2.67, रेडशिफ्ट 2.04 पर 3.29, और अंततः रेडशिफ्ट 2.38 के सबसे दूरस्थ समूह के लिए 4.05 तक पहुँच गया। यह प्रगति पुष्टि करती है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में क्वासर, अपने निकटवर्ती समकक्षों की तुलना में डार्क मैटर के सबसे घने क्षेत्रों के साथ और भी अधिक मजबूती से जुड़े हुए थे। ये माप पिछले अध्ययनों और सैद्धांतिक मॉडलों के साथ उल्लेखनीय रूप से मेल खाते हैं, जो भविष्यवाणी करते हैं कि इन वस्तुओं का विकास कैसे होना चाहिए।
यह कार्य S-PLUS डेटासेट का उपयोग करने वाला अपनी तरह का पहला ब्रह्मांड संबंधी अध्ययन है, जो ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना की हमारी समझ पर एक नया, स्वतंत्र परीक्षण प्रदान करता है। यह प्रदर्शित करके कि फोटोमेट्रिक सर्वेक्षण क्वासर बायस के विकास को सटीक रूप से माप सकते हैं, यह अध्ययन इन वस्तुओं की दूरियों को कैलिब्रेट करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधियों को मान्य करता है। यह आगामी सर्वेक्षण रिलीज से प्राप्त और भी बड़े डेटासेट्स के उपयोग के लिए भविष्य के अनुसंधान का मार्ग भी प्रशस्त करता है। निष्कर्ष एक मजबूत पुष्टि प्रदान करते हैं कि ब्रह्मांड विज्ञान का मानक मॉडल अरबों वर्षों में संरचना के विकास का सही वर्णन करता है, यह दिखाते हुए कि ब्रह्मांड की सबसे ऊर्जावान वस्तुएं हमेशा डार्क मैटर के सबसे विश्वसनीय मार्कर रही हैं जो ब्रह्मांड को थामे हुए है।
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