Gravitational-Susceptibility Dip Behind DESI's results: Addressing the Phantom Crossing by Local limit of Nonlocal Gravity
यह शोध पत्र प्रस्तावित करता है कि DESI के दूसरे डेटा रिलीज़ में देखे गए डार्क एनर्जी के फैंटम-क्रॉसिंग व्यवहार को नॉनलोकल टेलीपैरल ग्रेविटी (nonlocal teleparallel gravity) के एक लोकल लिमिट द्वारा स्वाभाविक रूप से समझाया जा सकता है, जहाँ एक समय-विकसित होने वाली ग्रेविटेशनल ससेप्टिबिलिटी , कॉस्मोलॉजिकल कांस्टेंट की आवश्यकता के बिना गतिशील डार्क एनर्जी की नकल करती है, जो विशेष रूप से ससेप्टिबिलिटी फंक्शन में एक विशिष्ट निम्न-रेडशिफ्ट डिप (low-redshift dip) के माध्यम से डेटा को पुनरुत्पादित करती है।
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ब्रह्मांड फैल रहा है, और दशकों से, खगोलशास्त्री यह मानते आए हैं कि यह विस्तार डार्क एनर्जी नामक एक रहस्यमय बल द्वारा संचालित है। ब्रह्मांड विज्ञान के मानक मॉडल में, इस बल को खाली स्थान (स्पेस) के भीतर निहित एक स्थिर, अपरिवर्तनीय ऊर्जा माना जाता है, जो आकाशगंगाओं को एक स्थिर, अनुमानित दर पर एक-दूसरे से दूर धकेलती है। यह मॉडल कई अवलोकनों के लिए सटीक रहा है, लेकिन यह भौतिकविदों के मन में गहरे प्रश्न छोड़ देता है कि ब्रह्मांड इस तरह व्यवहार क्यों करता है और डार्क एनर्जी वास्तव में क्या है। हाल ही में, ब्रह्मांड के एक विशाल नए सर्वेक्षण ने इस सरल चित्रण को चुनौती देना शुरू कर दिया है। लाखों आकाशगंगाओं और क्वासरों की स्थिति का मानचित्रण करके, वैज्ञानिकों ने संकेत पाए हैं कि डार्क एनर्जी शायद स्थिर नहीं है। इसके बजाय, ऐसा प्रतीत होता है कि यह समय के साथ बदल रही है, और एक ऐसे तरीके से जो भौतिकी के मौजूदा नियमों को चुनौती देती है। यह नया डेटा बताता है कि ब्रह्मांड के विस्तार को चलाने वाला बल एक महत्वपूर्ण दहलीज को पार कर रहा है, जो एक प्रकार के व्यवहार से दूसरे प्रकार के व्यवहार में बदल रहा है, जिसे वर्तमान सिद्धांत बिना अस्थिर या असंभव प्रकार के पदार्थ का सहारा लिए समझाने में संघर्ष करता है।
शारिफ यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी, ईरान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने भौतिकी के नियमों को तोड़े बिना इन पहेलीनुमा परिणामों को समझने का एक नया तरीका प्रस्तावित किया है। उनका सुझाव है कि डेटा में देखा गया अजीब व्यवहार किसी नई, विलक्षण (एक्सोटिक) ऊर्जा के कारण नहीं है, बल्कि इस कारण से है कि बड़े पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण स्वयं कैसे कार्य करता है इसमें एक सूक्ष्म परिवर्तन आया है। उनका कार्य एक विशिष्ट सिद्धांत पर केंद्रित है जिसे 'नॉनलोकल ग्रेविटी' (nonlocal gravity) कहा जाता है, जो कल्पना करता है कि गुरुत्वाकर्षण का बल केवल अंतरिक्ष में दो बिंदुओं के बीच एक साधारण अंतःक्रिया नहीं है, बल्कि यह अपने आस-पास के क्षेत्र के इतिहास से प्रभावित होता है, ठीक वैसे ही जैसे किसी सामग्री की विद्युत क्षेत्र के प्रति प्रतिक्रिया उसके पिछले अवस्था पर निर्भर कर सकती है। इस ढांचे में, गुरुत्वाकर्षण की शक्ति 'ग्रेविटेशनल ससेप्टिबिलिटी' (gravitational susceptibility) नामक एक कारक द्वारा नियंत्रित होती है, जो ब्रह्मांड के विकास के साथ बदल सकती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि यह ससेप्टिबिलिटी समय के साथ बदलती है, तो यह डार्क एनर्जी के अजीब व्यवहार का भ्रम पैदा कर सकती है, भले ही डार्क एनर्जी स्वयं पूरी तरह से सामान्य और स्थिर बनी रहे।
उनकी खोज की कुंजी डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट (DESI) के नवीनतम डेटा में निहित है। इस उपकरण ने चौदह मिलियन से अधिक आकाशगंगाओं और क्वासरों की स्थिति को मापा है, जिससे ब्रह्मांड की सबसे विस्तृत बड़े पैमाने की संरचना का मानचित्र तैयार हुआ है। जब DESI टीम ने अपने मापों को कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड और सुपरनोवा के डेटा के साथ जोड़ा, तो परिणाम एक ऐसी डार्क एनर्जी की ओर इशारा करते हैं जो अपना स्वरूप बदल रही है। विशेष रूप से, डेटा बताता है कि डार्क एनर्जी का 'इक्वेशन ऑफ स्टेट' (equation of state)—एक संख्या जो यह बताती है कि उसका दबाव उसके घनत्व से कैसे संबंधित है—एक महत्वपूर्ण रेखा को पार कर चुका है जिसे "फैंटम डिवाइड" (phantom divide) कहा जाता है। मानक दृष्टिकोण में, इस रेखा को पार करने के लिए डार्क एनर्जी को एक "फैंटम" तरल (phantom fluid) बनना होगा, जो ऊर्जा की मौलिक शर्तों का उल्लंघन करता है और जिसे सामान्यतः अस्थिर या असंभव माना जाता है। DESI डेटा इंगित करता है कि यह क्रॉसिंग लगभग 4 अरब वर्ष पहले हुई थी, जब ब्रह्मांड अपनी वर्तमान आयु का लगभग दो-तिहाई था।
शोधकर्ताओं ने दिखाया कि इस फैंटम क्रॉसिंग के लिए ऐसे असंभव पदार्थ के अस्तित्व की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, उन्होंने प्रदर्शित किया कि बदलती ग्रेविटेशनल ससेप्टिबिलिटी इस प्रभाव की सटीक नकल कर सकती है। उनके मॉडल में, डार्क एनर्जी तरल हर समय स्थिर और सुव्यवस्थित रहती है, जिसका दबाव और घनत्व के बीच एक निश्चित संबंध होता है। हालाँकि, क्योंकि ब्रह्मांड के विस्तार के साथ ग्रेविटेशनल ससेप्टिबिलिटी बदलती है, एक प्रेक्षक विस्तार दर को मापते समय डार्क एनर्जी के व्यवहार का एक अलग, बदलता हुआ मान (value) गणना करेगा। यह वैसा ही है जैसे कोई प्रेक्षक एक स्थिर वस्तु को एक ऐसे लेंस के माध्यम से देख रहा हो जो धीरे-धीरे अपना आकार बदल रहा है; वस्तु नहीं बदली है, लेकिन उसका दृश्य बदल गया है। शोधकर्ताओं ने गणना की कि इस ससेप्टिबिलिटी को DESI के अवलोकनों से मेल खाने के लिए बिल्कुल कैसे बदलना चाहिए। उन्होंने पाया कि ससेप्टिबिलिटी ब्रह्मांड के इतिहास में एक विशिष्ट समय पर थोड़ी सी गिरनी चाहिए, जो उसी समय न्यूनतम स्तर पर पहुँचती है जब फैंटम क्रॉसिंग देखी गई थी, और फिर अपनी पिछली अवस्था में लौट आती है।
इस विचार का परीक्षण करने के लिए, टीम ने अपने मॉडल की वास्तविक डेटा के विरुद्ध तुलना करने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। उन्होंने कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड, DESI गैलेक्सी सर्वे और सुपरनोवा के तीन अलग-अलग कैटलॉग से प्राप्त नवीनतम मापों को अपने समीकरणों में डाला। परिणाम आश्चर्यजनक थे: बदलती ग्रेविटेशनल ससेप्टिबिलिटी वाला उनका मॉडल ब्रह्मांड विज्ञान के मानक मॉडल की तरह ही, और कुछ मामलों में उससे भी बेहतर तरीके से डेटा के साथ फिट बैठता है। विश्लेषण से पता चला कि डेटा के सर्वोत्तम फिट के लिए आवश्यक था कि ग्रेविटेशनल ससेप्टिबिलिटी में लगभग 0.4 के रेडशिफ्ट पर लगभग -0.025 की गहराई वाला एक डिप (dip) हो, जो उस समय के अनुरूप है जब फैंटम क्रॉसिंग का पता चला था। यह डिप स्पेसटाइम की पदार्थ के प्रति प्रतिक्रिया के ताने-बाने में एक छोटा लेकिन महत्वपूर्ण लक्षण है, और इसकी उपस्थिति बिना किसी नए, विलक्षण कणों या क्षेत्रों को पेश किए देखे गए डार्क एनर्जी व्यवहार के बदलाव की व्याख्या करती है।
अध्ययन ने यह भी पता लगाया कि यह नया मॉडल ब्रह्मांड की आयु और विस्तार दर, जिसे हबल स्थिरांक (Hubble constant) के रूप में जाना जाता है, के बारे में हमारी समझ को कैसे प्रभावित करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ससेप्टिबिलिटी डिप की गहराई इस विस्तार दर के मान से जुड़ी हुई है। जब मॉडल इस डिप को ध्यान में रखता है, तो यह मानक मॉडल की तुलना में थोड़ा अलग विस्तार दर का सुझाव देता है, जिससे हाल के वर्षों में ब्रह्मांड के विकास को मापने के विभिन्न तरीकों के बीच उत्पन्न हुए तनावों को हल करने में मदद मिलती है। महत्वपूर्ण बात यह है कि यह मॉडल प्रारंभिक ब्रह्मांड से आने वाले प्रकाश के विस्तृत पैटर्न सहित सभी प्रमुख कॉस्मोलॉजिकल प्रोब्स के साथ सुसंगत रहता है। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि DESI द्वारा देखी गई फैंटम क्रॉसिंग संभवतः एक प्रभावी घटना (effective phenomenon) है, जो एक संशोधित गुरुत्वाकर्षण ढांचे का स्वाभाविक परिणाम है, न कि अस्थिर डार्क एनर्जी का संकेत।
यह कार्य इस विचार के विरुद्ध एक सम्मोहक विकल्प प्रदान करता है कि ब्रह्मांड विलक्षण, अस्थिर पदार्थ से भरा हुआ है। यह दिखाकर कि गुरुत्वाकर्षण के नियमों में एक साधारण परिवर्तन डेटा में देखे गए जटिल व्यवहार को पुनरुत्पादित कर सकता है, शोधकर्ता भौतिकी के नियमों को सुरक्षित रखते हुए आगे बढ़ने का मार्ग प्रशस्त करते हैं। मॉडल सुझाव देता है कि ब्रह्मांड का विस्तार इतिहास पहले की तुलना में अधिक गतिशील है, इसलिए नहीं कि इसे चलाने वाली ऊर्जा बदल रही है, बल्कि इसलिए कि जिस तरह से गुरुत्वाकर्षण उस ऊर्जा के प्रति प्रतिक्रिया करता है वह विकसित हो रहा है। ये निष्कर्ष यह सिद्ध नहीं करते हैं कि यही अंतिम उत्तर है, लेकिन वे प्रदर्शित करते हैं कि DESI द्वारा पकड़े गए अजीब संकेतों को गुरुत्वाकर्षण के एक सुसंगत, संशोधित सिद्धांत के भीतर समझाया जा सकता है। जैसे-जैसे भविष्य के सर्वेक्षणों से अधिक डेटा प्राप्त होगा, बदलती ग्रेविटेशनल ससेप्टिबिलिटी का यह विचार और अधिक परखा जाएगा, जो संभवतः उन अदृश्य बलों की हमारी समझ को नया आकार दे सकता है जो ब्रह्मांड को नियंत्रित करते हैं।
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