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Optical effects of one-sided Kiselev-type quintessence in reflection-asymmetric polymer thin-shell wormholes

यह शोध पत्र इस बात की जांच करता है कि कैसे एक परावर्तन-असममित (reflection-asymmetric) पॉलिमर पतली-शेल वर्महोल में एकतरफा किसेलेव-प्रकार का क्विंटेंस (Kiselev-type quintessence) क्रॉस-थ्रोट ऑप्टिकल हस्ताक्षरों को परिवर्तित करता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि विपरीत पक्ष से प्राप्त पर्यावरणीय जानकारी विशिष्ट क्रिटिकल संरचनाओं, ट्रांसफर फंक्शन और इंटेंसिटी मैप्स के माध्यम से प्रेक्षक के चित्र में एनकोड होती है, जबकि प्रेक्षक-पक्ष के ऑर्बिट नंबरों को अपरिवर्तित छोड़ देती है।

मूल लेखक: Jonathan A. Rebouças, Edson Otoniel

प्रकाशित 2026-09-14

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Jonathan A. Rebouças, Edson Otoniel

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

अंतरिक्ष की सबसे गहरी गहराइयों में, गुरुत्वाकर्षण इतना तीव्र हो सकता है कि वह स्वयं प्रकाश के पथ को मोड़ देता है, जिससे ब्रह्मांड के दृश्य को विकृत करने वाले कॉस्मिक दर्पण और जाल बन जाते हैं। खगोलविदों ने लंबे समय से ब्लैक होल के चारों ओर प्रकाश के व्यवहार का अध्ययन किया है, जहाँ पदार्थ इतना सघन रूप से कुचला जाता है कि एक निश्चित सीमा को पार करने के बाद प्रकाश भी वहां से बच नहीं सकता। लेकिन सैद्धांतिक भौतिकी वर्महोल (wormholes) के अस्तित्व की भी अनुमति देती है, जो अंतरिक्ष के सुरंग जैसे मार्ग हैं जो दो दूरस्थ क्षेत्रों या यहाँ तक कि दो अलग-अलग ब्रह्मांडों को जोड़ सकते हैं। ब्लैक होल के विपरीत, जो प्रवेश करने वाली हर चीज़ को निगल लेते हैं, एक पारगम्य वर्महोल सैद्धांतिक रूप से प्रकाश और पदार्थ को दूसरी ओर से गुजरने की अनुमति देगा। वैज्ञानिकों के लिए चुनौती दोनों के बीच अंतर करने की है: एक पर्यवेक्षक कैसे जान सकता है कि जो काला सिल्हूट (silhouette) वे देख रहे हैं वह एक ब्लैक होल है या एक वर्महोल का मुख? इसका उत्तर उस प्रकाश के सूक्ष्म विवरणों में निहित है जो बचने में सफल होता है, और उस स्थान की ज्यामिति के बारे में एक छिपा हुआ संदेश लेकर आता है जिससे वह गुजरा है।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एक विशिष्ट प्रकार के वर्महोल का अनुकरण (simulate) किया है ताकि यह देखा जा सके कि यह एक तरफ से एक पर्यवेक्षक को कैसा दिखेगा, जबकि दूसरी ओर एक अजीब, विलक्षण वातावरण मौजूद है। उन्होंने एक ऐसा मॉडल बनाया जहाँ पर्यवेक्षक और गैस की एक चमकती हुई डिस्क क्वांटम-सुधारित गुरुत्वाकर्षण (quantum-corrected gravity) द्वारा शासित अंतरिक्ष क्षेत्र में स्थित हैं, जो एक ऐसा सिद्धांत है जो शास्त्रीय ब्लैक होल में पाए जाने वाले अनंत कुचलने वाले बिंदु को सुचारू बनाता है। हालाँकि, वर्महोल के गले (throat) के दूसरी ओर, उन्होंने एक अलग प्रकार का वातावरण रखा, जो एक प्रकार की डार्क एनर्जी की तरह व्यवहार करने वाले विसरित, अनिसोट्रोपिक (anisotropic) पदार्थ से भरा है। लक्ष्य इस एकतरफा वातावरण के प्रभाव को अलग करना था। वर्महोल के दोनों ओर द्रव्यमान और आकार को समान रखते हुए, केवल दूर के पक्ष की स्थितियों को बदलकर, शोधकर्ता यह निर्धारित कर सके कि उस दूरस्थ वातावरण का कितना प्रभाव उस व्यक्ति द्वारा देखा जा सकता है जो निकट पक्ष पर खड़ा है।

अध्ययन से पता चलता है कि वर्महोल से गुजरने वाला प्रकाश एक संदेशवाहक के रूप में कार्य करता है, जो छिपे हुए पक्ष के विशिष्ट संकेतों को वहन करता है। जब प्रकाश की किरणें गले को पार करती हैं, तो वे दूर के पक्ष की गुरुत्वाकर्षण बाधा का सामना करती हैं। कुछ किरणें वापस लौट आती हैं, जो उस यात्रा के बाद पर्यवेक्षक के पास वापस आती हैं जो उन्हें दूसरे क्षेत्र में गहराई तक ले जाती है और फिर वापस लाती है। अन्य इतनी दूर तक जाती हैं कि वे दूसरी ओर एक कॉस्मिक क्षितिज (cosmic horizon) तक पहुँच जाती हैं, जो एक ऐसी सीमा है जिसके आगे अंतरिक्ष का स्थिर विवरण टूट जाता है, और वे कभी वापस नहीं आतीं। शोधकर्ताओं ने पाया कि दूर के पक्ष पर मौजूद विलक्षण वातावरण पर्यवेक्षक के दृश्य में एक महत्वपूर्ण आंतरिक किनारे की स्थिति को बदल देता है। यह किनारा उस प्रकाश के बीच की सीमा को चिह्नित करता है जिसने केवल वर्महोल के चारों ओर चक्कर लगाया है और उस प्रकाश के बीच जिसने गले के पार जाने, मुड़ने और वापस आने का साहस किया है। जैसे-जैसे दूर के पक्ष के वातावरण की शक्ति बढ़ती है, यह आंतरिक किनारा छवि के केंद्र के करीब आता जाता है, जिससे उस स्थान की चौड़ाई बढ़ जाती है जहाँ ये लौटने वाली किरणें दिखाई दे सकती हैं।

महत्वपूर्ण रूप से, अध्ययन दिखाता है कि वर्महोल का पर्यवेक्षक का अपना पक्ष दूसरी ओर होने वाले परिवर्तनों से पूरी तरह अप्रभावित रहता है। प्रकाश कितनी बार निकट पक्ष के चारों ओर घूमता है, यह पर्यवेक्षक तक पहुँचने से पहले बिल्कुल समान रहता है, चाहे दूर के क्षेत्र में कुछ भी हो रहा हो। यह एक शक्तिशाली नियंत्रण प्रदान करता है: कोई भी नई विशेषता जो छवि में दिखाई देती है, वह दूसरी ओर से आ रही होनी चाहिए। जब शोधकर्ताओं ने अपने सिमुलेशन में गैस की एक चमकती हुई डिस्क जोड़ी, तो उन्होंने पाया कि ये लौटने वाली किरणें मुख्य छवि के अंदर प्रकाश के नए, धुंधले छल्ले बना सकती हैं। हालाँकि, ये नए छल्ले केवल तभी दिखाई देते हैं जब गैस डिस्क पर्याप्त चमकीली हो और वर्होल के गले के काफी करीब तक फैली हो। यदि गैस बहुत दूर तक रुक जाती है, तो लौटने वाला प्रकाश काला और अदृश्य बना रहता है, भले ही वह पथ मौजूद हो।

शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि गैस डिस्क के चमकने के तीन अलग-अलग तरीके इस चित्र को कैसे बदल सकते हैं। एक परिदृश्य में, गैस केवल केंद्र से दूर चमकती है, और नए आंतरिक छल्ले तभी दिखाई देते हैं जब दूर का वातावरण इतना मजबूत होता है कि वह लौटने वाले प्रकाश के पथ को पर्याप्त रूप से बाहर धकेल दे ताकि वह चमकती गैस से टकरा सके। दूसरे परिदृश्य में, गैस गले तक नीचे तक चमकती है, और नए छल्ले बहुत आसानी से दिखाई देते हैं, यहाँ तक कि बहुत कमजोर दूर के वातावरण के साथ भी। यह प्रदर्शित करता है कि वर्होल की छवि केवल उसके आकार की तस्वीर नहीं है, बल्कि सुरंग की ज्यामिति और प्रकाश स्रोत के वितरण दोनों का एक जटिल रिकॉर्ड है। अध्ययन पुष्टि करता है कि जबकि छवि की मूल संरचना पर्यवेक्षक के स्थानीय वातावरण द्वारा निर्धारित होती है, सूक्ष्म विवरण—अतिरिक्त छल्लों की उपस्थिति और उनकी विशिष्ट चमक—सुरंग के दूसरी ओर की स्थितियों द्वारा नियंत्रित होते हैं।

यह कार्य यह सिद्ध नहीं करता है कि वर्महोल मौजूद हैं, न ही यह दावा करता है कि उसने एक को खोज लिया है। इसके बजाय, यह एक सटीक मानचित्र प्रदान करता है कि यदि वे मौजूद हैं तो क्या देखना है। यह दिखाता है कि यदि खगोलशास्त्री किसी सघन पिंड के चारों ओर प्रकाश के छल्लों का सावधानीपूर्वक विश्लेषण करते हैं, तो वे गले के ठीक परे स्थित एक छिपे हुए ब्रह्मांड या एक विचित्र प्रकार के पदार्थ की उपस्थिति का पता लगाने में सक्षम हो सकते हैं। अनुसंधान इस बात पर प्रकाश डालता है कि ब्रह्मांड सबसे अप्रत्याशित स्थानों में जानकारी छिपा सकता है, जो प्रकाश के मुड़ने और वापस लौटने के तरीके में कोडित है, और सही उपकरणों के माध्यम से संदेश पढ़ने की प्रतीक्षा कर रहा है। निष्कर्ष बताते हैं कि इन विलक्षण वस्तुओं को समझने की कुंजी न केवल केंद्र को देखने में है, बल्कि उनके चारों ओर के प्रकाश के छल्लों में सूक्ष्म बदलावों को मापने में है।

तकनीकी सारांश: परावर्तन-असममित पॉलीमर पतली-शेल वर्महोल्स में एक-पक्षीय किसेलेव-प्रकार के क्विंटेंस के ऑप्टिकल प्रभाव

समस्या विवरण
सघन पिंडों के स्ट्रॉन्ग-फील्ड ऑप्टिकल चित्र, नुल जियोडेसिक प्रोपेगेशन (null geodesic propagation), स्पेसटाइम ज्योमेट्री और उत्सर्जक माध्यम के गुणों के बीच एक जटिल परस्पर क्रिया पर निर्भर करते हैं। जबकि ब्लैक होल शैडो और फोटॉन रिंग्स का व्यापक अध्ययन किया गया है, पारगम्य (traversable) वर्महोल्स एक विशिष्ट ज्यामितीय परिवेश प्रदान करते हैं जहाँ वैश्विक कनेक्टिविटी ब्लैक होल की तुलना में भिन्न होती है, भले ही स्थानीय बाहरी क्षेत्र समान हों। विशेष रूप से, परावर्तन-असममित वर्महोल्स—जहाँ दो बाहरी क्षेत्रों में अलग-अलग लैप्स फंक्शन (lapse functions) या क्रिटिकल नुल स्केल्स होते हैं—ऐसे एक ऑप्टिकल बैरियर को प्रोब करते हैं जो प्रेक्षक (observer) की ओर अनुपस्थित होता है। पिछले अध्ययनों ने सममित विन्यासों या विशिष्ट असममित युग्मों को संबोधित किया है, लेकिन पॉलीमर-सुधारित स्पेसटाइम के ऑप्टिकल रिस्पॉन्स पर एक एक-पक्षीय पर्यावरणीय संशोधन (विशेष रूप से किसेलेव-प्रकार का क्विंटेंस फील्ड) के प्रभाव को अलग करने वाले नियंत्रित विश्लेषण का अभाव था। चुनौती यह थी कि स्रोत-निर्भर तीव्रता विशेषताओं (source-dependent intensity features) से सुदृढ़ प्रोपेगेशन संरचनाओं को कैसे अलग किया जाए और यह कैसे मापा जाए कि वर्महोल के "दूर वाले हिस्से" में सीमित वातावरण, प्रेक्षक के चित्र में सूचना को कैसे एनकोड करता है।

कार्यप्रणाली
लेखक दो क्षेत्रों को एक क्वांटम-सुधारित मेट्रिक फैमिली से जोड़कर एक स्थिर, परावर्तन-असममित पतली-शेल वर्महोल का निर्माण करते हैं:

प्रेक्षक पक्ष ( $M_1$ ): एक शुद्ध पॉलीमर एक्सटीरियर जो प्रभावी ब्लैक-टू-व्हाइट-होल ज्योमेट्री से व्युत्पन्न है। इस क्षेत्र में प्रेक्षक और एक ज्यामितीय रूप से पतली, फेस-ऑन उत्सर्जक डिस्क स्थित है।
विपरीत पक्ष ( $M_2$ ): एक पॉलीमर एक्सटीरियर जिसे किसेलेव-प्रकार के एनिसोट्रोपिक वातावरण (क्विंटेंस) द्वारा संशोधित किया गया है, जो एक नॉर्मलाइजेशन पैरामीटर $c_q$ और एक इक्वेशन-ऑफ-स्टेट-जैसे एक्सपोनेंट $w_q$ ( $-1 < w_q < -1/3$ तक सीमित) द्वारा अभिलक्षित है।

यह निर्माण एक टाइमलाइक थ्रोट (timelike throat) पर दो क्षेत्रों को जोड़ने के लिए इज़राइल जंक्शन कंडीशंस (Israel junction conditions) का उपयोग करता है जिसका कोऑर्डिनेट रेडियस $a$ है। एक-पक्षीय क्विंटेंस को अलग करने के लिए, लेखक मास स्केल $M$ , पॉलीमर पैरामीटर $\lambda$ , नॉन-एरियल एंगुलर फंक्शन $H(r) = r^2 + \ell^2$ , और थ्रोट पोजीशन $a$ को स्थिर रखते हैं। विषमता केवल $M_2$ पर किसेलेव मापदंडों से उत्पन्न होती है।

ऑप्टिकल विश्लेषण निम्नलिखित चरणों के माध्यम से आगे बढ़ता है:

ऑप्टिकल मैचिंग: नुल जियोडेसिक्स के लिए शेल-फ्रेम मैचिंग कंडीशंस का व्युत्पत्ति करना। यह दूसरे पक्ष पर इम्पैक्ट पैरामीटर $b_2$ और प्रेक्षक पक्ष पर भौतिक स्क्रीन इम्पैक्ट $b_1$ के बीच एक मैपिंग स्थापित करता है, जिसे मैचिंग फैक्टर $Z = \sqrt{F_2(a)/F_1(a)}$ द्वारा परिभाषित किया जाता है।
क्रिटिकल स्ट्रक्चर: दोनों पक्षों पर अस्थिर सर्कुलर फोटॉन ऑर्बिट्स की पहचान करना। प्रेक्षक-पक्ष का क्रिटिकल इम्पैक्ट $b_{c1}$ स्क्रीन के बाहरी किनारे को परिभाषित करता है, जबकि मैच किया गया दूसरा-पक्ष का इम्पैक्ट $Z b_{c2}$ एक आंतरिक किनारे को परिभाषित करता है।
रे-टोपोलॉजी (Ray Topology): नुल किरणों को तीन टोपोलॉजिकल वर्गों में वर्गीकृत करना: (i) $M_1$ में मुड़ने वाली स्कैटर की गई किरणें, (ii) थ्रोट को पार करने वाली, $M_2$ में मुड़ने वाली, और $M_1$ में वापस आने वाली किरणें, और (iii) थ्रोट को पार करने वाली और $M_2$ के कॉस्मोलॉजिकल-टाइप होराइजन पर समाप्त होने वाली टर्मिनल किरणें।
ट्रांसफर फंक्शन्स और ऑर्बिट नंबर्स: संचित अज़ीमुथल कोण (ऑर्बिट नंबर्स) और पहले तीन इंटरसेक्शन ऑर्डर्स के लिए ट्रांसफर फंक्शन्स $r_m(b_1)$ की गणना करना जो स्क्रीन इम्पैक्ट को डिस्क इंटरसेक्शन रेडियस से मैप करते हैं।
इंटेंसिटी मैप्स: तीन अलग-अलग एमिशन प्रिस्क्रिप्शन (मॉडल A, B, और C) के लिए प्रेक्षित तीव्रता प्रोफाइल $I_{obs}(b_1)$ की गणना करना, जो स्रोत के रेडियल सपोर्ट (ISCO, फोटॉन स्फीयर, या थ्रोट से शुरू होकर) में भिन्न होते हैं।

प्रमुख योगदान और परिणाम

मैच्ड क्रिटिकल स्ट्रक्चर: अध्ययन एक सटीक मैपिंग व्युत्पन्न करता है जहाँ किसेलेव वातावरण $M_2$ प्रेक्षक के स्क्रीन पर एक विशिष्ट आंतरिक क्रिटिकल एज ( $b_{in} = Z b_{c2}$ ) को प्रोजेक्ट करता है। यह एज प्रेक्षक-पक्ष के क्रिटिकल एज ( $b_{out} = b_{c1}$ ) से एक "रिटर्न्ड इंटरवल" द्वारा अलग किया गया है।
पैरामीटर संवेदनशीलता:
- किसेलेव एम्प्लीट्यूड ( $\bar{c}_q$ ): पर्यावरणीय एम्प्लीट्यूड बढ़ाने से रिटर्न्ड इंटरवल चौड़ा हो जाता है, जिससे अधिक किरणों के $M_2$ से वापस आने की अनुमति मिलती है। यह प्रेक्षक स्क्रीन पर आंतरिक क्रिटिकल एज को अंदर की ओर खिसका देता है।
- पॉलीमर पैरामीटर ( $\lambda$ ): पॉलीमर करेक्शन बढ़ाने से रिटर्न्ड इंटरवल सिकुड़ जाता है, हालांकि यह स्वीकार्य पैरामीटर ग्रिड के भीतर इसे समाप्त नहीं करता है।
- किसेलेव एक्सपोनेंट ( $w_q$ ): एक्सपोनेंट में परिवर्तन प्रतिस्पर्धी रुझान पैदा करता है, क्योंकि यह थ्रोट नॉर्मलाइजेशन और दूसरे-पक्ष के फोटॉन स्फीयर के स्थान, दोनों को बदल देता है।
प्रेक्षक-पक्ष पदानुक्रम की अपरिवर्तनीयता: एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह है कि प्रेक्षक-पक्ष के ऑर्बिट नंबर्स और साधारण ट्रांसफर ब्रांचेस (वे जो थ्रोट को पार नहीं करतीं) किसेलेव मापदंडों में बदलाव के तहत पूरी तरह से अपरिवर्तित रहते हैं। यह एक सटीक विश्लेषणात्मक नियंत्रण प्रदान करता है, जो पुष्टि करता है कि एक-पक्षीय निर्माण ने सफलतापूर्वक क्रॉस-थ्रोट प्रोपेगेशन को आइसोलेट करने के लिए पर्यावरणीय प्रभाव को अलग कर दिया है।
रे-टोपोलॉजी और रिटर्न कंडीशंस: विश्लेषण पहचानता है कि रिटर्न्ड किरणें केवल तभी मौजूद होती हैं जब स्क्रीन इम्पैक्ट $Z b_{c2}$ और $b_{c1}$ के बीच होता है। $M_2$ पर कॉस्मोलॉजिकल होराइजन उन किरणों के लिए एक टर्मिनल बाउंड्री के रूप में कार्य करता है जो वापस नहीं मुड़ती हैं।
एमिशन-डिपेंडेंट एक्टिवेशन: नए इमेज फीचर्स (आंतरिक एन्युली) का दिखना विशिष्ट स्रोत सपोर्ट के साथ रिटर्न्ड ट्रांसफर ब्रांचेस के इंटरसेक्शन पर निर्भर करता है:
- मॉडल A (ISCO प्रारंभ): रिटर्न्ड फीचर्स केवल तभी दिखाई देते हैं जब $\bar{c}_q \approx 0.069$ हो, क्योंकि रिटर्न्ड ब्रांच को $r_{ISCO}$ से अधिक त्रिज्या तक पहुँचना चाहिए।
- मॉडल B (फोटॉन स्फीयर प्रारंभ): फीचर्स एक निचले थ्रेशोल्ड ( $\bar{c}_q \approx 0.043$ ) पर दिखाई देते हैं।
- मॉडल C (थ्रोट प्रारंभ): फीचर्स सबसे निचले थ्रेशोल्ड ( $\bar{c}_q \approx 0.001$ ) पर दिखाई देते हैं और इसमें $b_1/M \approx 2.58$ पर एक विशिष्ट लो-इम्पैक्ट ऑनसेट शामिल है जहाँ पहला इंटरसेक्शन थ्रोट पर होता है।
इमेज मॉर्फोलॉजी: परिणामी चित्र एक स्थिर बाहरी पीक (अपरिवर्तनीय प्रेक्षक-पक्ष संरचना) और अतिरिक्त आंतरिक एन्युली दिखाते हैं जो किसेलेव एम्प्लीट्यूड बढ़ने के साथ उभरते और शिफ्ट होते हैं। ये आंतरिक फीचर्स स्वतंत्र फोटॉन स्फीयर्स नहीं हैं, बल्कि स्रोत के रेडियल सपोर्ट द्वारा फिल्टर किए गए क्रॉस-थ्रोट प्रोपेगेशन चैनल के प्रकटीकरण हैं।

महत्व और दावे
पेपर का दावा है कि यह एक-पक्षीय क्विंटेंस के लिए "नियंत्रित ऑप्टिकल रिस्पॉन्स" प्रदान करता है। इसका प्राथमिक महत्व यह प्रदर्शित करने में है कि:

पर्यावरणीय सूचना एनकोड की जाती है: थ्रोट के पूरी तरह से परे स्थित वातावरण (किसेलेव फील्ड) के बारे में जानकारी deched क्रिटिकल स्ट्रक्चर (आंतरिक किनारे की स्थिति) और रिटर्न्ड इमेज ब्रांचेस की मॉर्फोलॉजी में एनकोड की जाती है।
प्रभावों का पृथक्करण: ढांचा सुदृढ़ प्रोपेगेशन संरचनाओं (अपरिवर्तनीय प्रेक्षक-पक्ष ऑर्बिट नंबर्स) को पर्यावरणीय रूप से प्रतिक्रियाशील फीचर्स (रिटर्न्ड ब्रांचेस) से सफलतापूर्वक अलग करता है, जो क्रॉस-थ्रोट प्रोपेगेशन के लिए एक डायग्नोस्टिक टूल प्रदान करता है।
स्रोत निर्भरता: अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि इन विलक्षण (exotic) फीचर्स की दृश्यता विशुद्ध रूप से ज्यामितीय नहीं है, बल्कि स्रोत के रेडियल डिस्ट्रीब्यूशन द्वारा दृढ़ता से गेटेड (gated) है। एक ही ज्यामितीय विन्यास ब्लैक होल सीड के समान दिखाई दे सकता है यदि स्रोत सपोर्ट रिटर्न्ड रे पाथ्स के साथ ओवरलैप नहीं करता है।

लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि जबकि यह ढांचा भविष्य के विस्तार (जैसे स्थिरता विश्लेषण, उच्च ट्रांसफर ऑर्डर्स, या मूविंग एमिटर) के लिए मार्ग खोलता है, वर्तमान कार्य उस मौलिक तंत्र को स्थापित करता है जिसके द्वारा एक-पक्षीय पर्यावरणीय संशोधनों को परावर्तन-असममित वर्महोल्स के ऑप्टिकल ऑब्जर्वेबल्स में प्रकट किया जाता है।

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