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Study of Anisotropy in a Dark Energy Model with Latest Observations

यह अध्ययन अनिसोट्रोपिक विस्तार (anisotropic expansion) को शामिल करने के लिए साइन-स्विचिंग डार्क एनर्जी मॉडल (ΛsCDM) का विस्तार करता है, जिसमें यह पाया गया है कि जबकि अनिसोट्रॉपी पैरामीटर को नगण्य होने के लिए कड़ाई से सीमित किया गया है, यह ढांचा हबल तनाव (Hubble tension) को 3.7σ के स्तर तक प्रभावी रूप से कम करता है और हालिया ब्रह्मांडीय अवलोकनों द्वारा मानक ΛCDM की तुलना में दृढ़ता से समर्थित है।

मूल लेखक: Manish Yadav, Archana Dixit, Pardeep Pardeep, Anirudh Pradhan, M. S. Barak

प्रकाशित 2026-09-17

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Manish Yadav, Archana Dixit, Pardeep Pardeep, Anirudh Pradhan, M. S. Barak

मूल पेपर CC BY 4.0 (https://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

द दशकों से, ब्रह्मांड के बारे में हमने जो सबसे सफल कहानी सुनाई है, वह पूर्ण सहजता (perfect smoothness) की रही है। यह मानक कहानी, जिसे लैम्ब्डा कोल्ड डार्क मैटर मॉडल के रूप में जाना जाता है, यह मानती है कि यदि आप पर्याप्त बड़े पैमाने पर ब्रह्मांड को देखें, तो यह हर दिशा में एक जैसा दिखता है। यह समान रूप से फैलता है, जैसे किसी गुब्बारे को फुलाया जा रहा हो, जिसमें कोई पसंदीदा अक्ष या झुकाव नहीं होता। यह विचार बिग बैंग से बची हुई रोशनी और आकाशगंगाओं के वितरण को समझाने के लिए उल्लेखनीय रूप से प्रभावी रहा है। हालाँकि, हाल के वर्षों में, खगोलविदों ने इस सहज आख्यान में दरारें देखी हैं। जब वे पास के तारों का उपयोग करके आज ब्रह्मांड के विस्तार की दर को मापते हैं, तो उन्हें वह उत्तर अलग मिलता है जो वे प्रारंभिक ब्रह्मांड की प्राचीन रोशनी के आधार पर उस गति की गणना करके प्राप्त करते हैं। यह असहमति, जिसे हबल टेंशन (Hubble tension) कहा जाता है, यह सुझाव देती है कि हमारी सहज, सरल कहानी में पहेली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा गायब हो सकता है।

इस समस्या के समाधान के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक अधिक जटिल संभावना की खोज की: क्या होगा यदि ब्रह्मांड पूरी तरह से सहज नहीं है, बल्कि थोड़ा एकतरफा (lopsided) है? उन्होंने एक ऐसे मॉडल की जांच की जहाँ विस्तार की दर इस बात पर निर्भर करती है कि आप किस दिशा में देख रहे हैं, जिसे डार्क एनर्जी के एक नए विचार के साथ जोड़ा गया है। इस परिदृश्य में, ब्रह्मांड के विस्तार को चलाने वाला बल एक स्थिर, अपरिवर्तित मान नहीं है। इसके बजाय, यह एक स्विच की तरह कार्य करता है जो समय के साथ बदलता रहता है। बहुत प्रारंभिक ब्रह्मांड में, यह बल नकारात्मक था, जो चीजों को एक साथ खींच रहा था, लेकिन ब्रह्मांड के इतिहास के एक विशिष्ट क्षण में, यह सकारात्मक में बदल गया, जिससे ब्रह्मांड फैलने लगा और हमें आज दिखने वाला त्वरण मिला। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या इस दिशात्मक अंतर और इस स्विचिंग बल को जोड़ने से उन हिस्सों को तोड़े बिना, जो पहले से ही काम कर रहे हैं, हमारे मापों के बीच के मतभेदों को ठीक किया जा सकता है।

मनीष यादव और सहयोगियों के नेतृत्व वाली टीम ने एक ऐसा गणितीय ढांचा तैयार किया जिसने ब्रह्मांड को तीन लंबवत दिशाओं में अलग-अलग दरों पर फैलने की अनुमति दी, और साथ ही डार्क एनर्जी को अपना संकेत बदलने की अनुमति भी दी। इसके बाद उन्होंने इस मॉडल का परीक्षण आधुनिक खगोल विज्ञान के सबसे सटीक डेटा के विरुद्ध किया। इसमें कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड के विस्तृत मानचित्र शामिल थे, जो बिग बैंग की अवशिष्ट चमक है; डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट से आकाशगंगाओं के वितरण के माप; और दूर स्थित विस्फोटित तारों के अवलोकन, जिनका उपयोग ब्रह्मांडीय मील के पत्थरों के रूप में किया जाता है। यह देखने के लिए कि उनके मॉडल के कौन से संस्करण वास्तविक दुनिया के डेटा से सबसे अच्छी तरह मेल खाते हैं, उन्होंने लाखों कंप्यूटर सिमुलेशन चलाए, जिससे वे यह निर्धारित कर सके कि यह कितनी संभावित है कि ब्रह्मांड वास्तव में एनिसोट्रोपिक (anisotropic), या दिशात्मक रूप से असमान है।

परिणाम आश्चर्यजनक रूप से सटीक थे। डेटा ने दिखाया कि यदि ब्रह्मांड वास्तव में अलग-अलग दिशाओं में अलग-अलग दर से फैल रहा है, तो यह अंतर अविश्वसनीय रूप से सूक्ष्म है। शोधकर्ताओं ने गणना की कि वर्तमान स्तर पर यह दिशात्मक असमानता इतनी कम है कि यह व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए प्रभावी रूप से शून्य है, जिसे दस की सोलहवीं घात (one part in ten to the power of sixteen) के आसपास सीमित किया गया है। इसका अर्थ है कि हालांकि उनका मॉडल एक एकतरफा ब्रह्मांड की अनुमति देता है, लेकिन हम जो ब्रह्मांड देखते हैं वह अत्यधिक सहज है। यह अध्ययन प्रभावी रूप से ब्रह्मांड में किसी भी महत्वपूर्ण, बड़े पैमाने के झुकाव को खारिज करता है जो वर्तमान माप के संघर्षों को समझा सके। दिशात्मक अंतर इतने दबे हुए हैं कि वे ब्रह्मांड के वर्तमान व्यवहार में प्रमुख भूमिका नहीं निभाते हैं, भले ही वे बिग बैंग के ठीक बाद के शुरुआती क्षणों में अधिक महत्वपूर्ण रहे हों।

हालाँकि, उनके मॉडल का दूसरा हिस्सा, स्विचिंग डार्क एनर्जी, बहुत अधिक महत्वपूर्ण साबित हुआ। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस साइन-स्विचिंग तंत्र ने ब्रह्मांड की अनुमानित विस्तार दर को सफलतापूर्वक समायोजित किया। जब उन्होंने प्रारंभिक ब्रह्मांड के डेटा को पास के सुपरनोवा के डेटा के साथ जोड़ा, तो उनके मॉडल ने ब्रह्मांड की विस्तार गति 72.25 किलोमीटर प्रति सेकंड प्रति मेगापारसेक बताई। यह मान स्थानीय तारों से लिए गए मापों के करीब है, जो पहले मानक मॉडल के लगभग 68 किलोमीटर प्रति सेकंड प्रति मेगापारसेक के अनुमान के साथ संघर्ष में थे। इस स्विचिंग बल को शामिल करने से, प्रारंभिक और देर के ब्रह्मांड के मापों के बीच का अंतर नाटकीय रूप से कम हो गया, जिससे सांख्यिकीय असहमति उस स्तर से, जो संयोग से होने की अत्यधिक संभावना थी, एक बहुत अधिक प्रबंधनीय स्तर तक गिर गई।

अध्ययन ने यह भी देखा कि ब्रह्मांड में पदार्थ कैसे इकट्ठा होता है, जो हाल के वर्षों में तनाव का एक और स्रोत रहा है। शोधकर्ताओं ने पाया कि उनके मॉडल ने पदार्थ के जमाव (clumping) के एक स्तर की भविष्यवाणी की जो कमजोर गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग सर्वेक्षणों (weak gravitational lensing surveys) के अवलोकनों के साथ अच्छी तरह मेल खाता है, जो यह मापते हैं कि विशाल वस्तुओं के चारों ओर प्रकाश कैसे मुड़ता है। यह सुझाव देता है कि भले ही ब्रह्मांड थोड़ा एकतरफा हो सकता है, लेकिन डेटा के बेहतर फिट होने का प्राथमिक कारण डार्क एनर्जी की परिवर्तनशील प्रकृति है, न कि दिशात्मक विस्तार। टीम ने निष्कर्ष निकाला कि जबकि ब्रह्मांड आज अपने विस्तार में उल्लेखनीय रूप से एकसमान दिखाई देता है, डार्क एनर्जी का एक नकारात्मक से सकारात्मक अवस्था में मौलिक संक्रमण से गुजरने का विचार ब्रह्मांड विज्ञान की दीर्घकालिक पहेलियों को हल करने का एक सम्मोहक तरीका प्रदान करता है। यह मॉडल हमारे वर्तमान समझ के एक व्यवहार्य, प्रेक्षण-समर्थित विस्तार के रूप में खड़ा है, जो यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड का इतिहास उस सरल, निरंतर विस्तार से कहीं अधिक गतिशील है जिसे हम कभी मानते थे।

तकनीकी सारांश: नवीनतम प्रेक्षणों के साथ डार्क एनर्जी मॉडल में एनिसोट्रॉपी (विषमदैशिकता) का अध्ययन

समस्या विवरण
मानक $\Lambda$ CDM कॉस्मोलॉजिकल मॉडल, हालांकि सुदृढ़ है, निरंतर प्रेक्षण संबंधी तनावों का सामना कर रहा है, विशेष रूप से हबल टेंशन (प्रारंभिक ब्रह्मांड के CMB मापों और देर से ब्रह्मांड के डिस्टेंस-लैडर मापों के बीच का अंतर, जो $H_0$ के लिए है) और $S_8$ टेंशन (पदार्थ क्लस्टरिंग आयाम में विसंगतियां)। इसके अतिरिक्त, ब्रह्मांडीय विस्तार की एनिसोट्रॉपी (anisotropy) की संभावना एक सैद्धांतिक मार्ग है जो इन संघर्षों को हल करने के लिए उपलब्ध है। जबकि पिछले अध्ययनों ने एनिसोट्रॉपी मापदंडों ( $\Omega_{\sigma_0}$ ) को अत्यंत निम्न स्तर ( $O(10^{-14})$ से $O(10^{-23})$ ) तक सीमित किया है और तनावों को कम करने के लिए साइन-स्विचिंग (चिह्न-परिवर्तित) डार्क एनर्जी मॉडल्स ( $\Lambda_s$ CDM) की खोज की है, एनिसोट्रोपिक विस्तार और एक गतिशील, साइन-स्विचिंग कॉस्मोलॉजिकल कांस्टेंट के संयुक्त प्रभाव की व्यवस्थित जांच नहीं की गई है। यह अध्ययन एक फ्री एनिसोट्रॉपी पैरामीटर को बिन्की टाइप-I (Bianchi type-I) स्पेसटाइम के भीतर शामिल करते हुए $\Lambda_s$ CDM फ्रेमवर्क का विस्तार करके इस अंतराल को संबोधित करता है, जिसका उद्देश्य यह आकलन करना है कि क्या यह संयुक्त विस्तार एनिसोट्रॉपी को सीमित करने और कॉस्मोलॉogical तनावों को कम करने में सक्षम है।

कार्यप्रणाली
लेखकों ने बिन्की टाइप-I (Bianchi type-I) स्पेसटाइम पर आधारित एक कॉस्मोलॉजिकल मॉडल का निर्माण किया, जो तीन ऑर्थोगोनल अक्षों के साथ एनिसोट्रोपिक विस्तार की अनुमति देता है जबकि स्थानिक समरूपता (spatial homogeneity) बनाए रखता है। यह मॉडल एक साइन-स्विचिंग कॉस्मोलॉजिकल कांस्टेंट ( $\Lambda_s$ ) को समाहित करता है, जहाँ वैक्यूम एनर्जी डेंसिटी प्रारंभिक ब्रह्मांड में नकारात्मक (Anti-de Sitter-like) से बदलकर बाद के समय में सकारात्मक (de Sitter-like) हो जाती है, जो एक ट्रांजिशन रेडशिफ्ट $z^\dagger$ द्वारा नियंत्रित होती है। फ्राइडमैन समीकरण को शियर स्केलर योगदान ( $\sigma^2$ ) को शामिल करने के लिए संशोधित किया गया था, जो एनिसोट्रॉपी ऊर्जा घनत्व का प्रतिनिधित्व करता है और $(1+z)^6$ के रूप में स्केल करता है।

विश्लेषण ने तीन प्रमुख अवलोकन संबंधी डेटासेट्स के संयोजन वाले एक व्यापक जॉइंट लाइकलीहुड दृष्टिकोण का उपयोग किया:

Planck 2018 CMB: जिसमें हाई- $\ell$ और लो- $\ell$ टेम्परेचर और पोलराइजेशन स्पेक्ट्रा, लेंसिंग, और SimAll लाइकलीहुड शामिल हैं।
DESI DR2 BAO: ल्यूमिनस रेड गैलेक्सीज़, ब्राइट गैलेक्सीज़, क्वासार्स और लाइमन- $\alpha$ फॉरेस्ट से प्राप्त बेरियन एकोस्टिक ऑसिलेशन मापों का उपयोग करते हुए।
PantheonPlus & SH0ES: सेफिड होस्ट दूरियों के साथ कैलिब्रेट किए गए 1,550 टाइप Ia सुपरनोवा का संकलन।

कॉस्मोलॉजिकल मापदंडों को MontePython कोड के माध्यम से CLASS बोल्ट्ज़मैन सॉल्वर के इंटरफेस के साथ MCMC तकनीक का उपयोग करके सीमित किया गया था। विश्लेषण में बेय्रियन डेंसिटी ( $\Omega_b h^2$ ), कोल्ड डार्क मैटर डेंसिटी ( $\Omega_c h^2$ ), ट्रांजिशन रेडशिफ्ट ( $z^\dagger \in [1, 3]$ ), और वर्तमान एनिसोट्रॉपी पैरामीटर ( $\Omega_{\sigma_0} \in [0, 0.1]$ ) सहित मापदंडों के लिए यूनिफॉर्म प्रायर्स (uniform priors) का उपयोग किया गया। मॉडल के प्रदर्शन का मूल्यांकन गुडनेस-ऑफ-फिट और मॉडल जटिलता के बीच संतुलन बनाने के लिए अकीके इंफॉर्मेशन क्राइटेरियन (AIC) और बेयसियन इंफॉर्मेशन क्राइटेरियन (BIC) का उपयोग करके किया गया।

प्रमुख योगदान और परिणाम

एनिसोट्रॉपी बाधाएं (Constraints): यह अध्ययन वर्तमान-दिवस एनिसोट्रॉपी पैरामीटर पर कड़े प्रतिबंध लगाता है। सभी डेटासेट संयोजनों (CMB अकेले, CMB+DR2, और CMB+PP&SH0ES) में, एनिसोट्रॉपी पैरामीटर को 95% कॉन्फिडेंस लेवल पर $\Omega_{\sigma_0} \sim 10^{-16}$ तक सीमित किया गया है। विशेष रूप से, CMB-ओनली डेटासेट $\Omega_{\sigma_0} < 0.74 \times 10^{-16}$ की ऊपरी सीमा प्रदान करता है। परिणाम संकेत देते हैं कि हालांकि एनिसोट्रॉपी गैर-शून्य है, लेकिन यह वर्तमान युग में अत्यधिक दमित (suppressed) है, जो रेडिएशन और मैटर के सापेक्ष शियर ऊर्जा के तीव्र तनुकरण ( $\propto a^{-6}$ ) के अनुरूप है।
ट्रांजिशन रेडशिफ्ट ( $z^\dagger$ ): ट्रांजिशन रेडशिफ्ट, जो नेगेटिव से पॉजिटिव डार्क एनर्जी के स्विच को चिह्नित करता है, BAO डेटा को बाहर करने पर अच्छी तरह से सीमित है। CMB+PP&SH0ES संयोजन $z^\dagger = 1.74^{+0.11}_{-0.18}$ का माध्य मान प्रदान करता है। पाया गया कि एनिसोट्रॉपी के समावेश का $z^\dagger$ के पसंदीदा रेंज पर केवल मामूली प्रभाव पड़ा, जो यह सुझाव देता है कि साइन-स्विचिंग तंत्र छोटे एनिसोट्रोपिक योगदानों के साथ भी सुदृढ़ है।
हबल टेंशन का निवारण: विस्तारित $\Lambda_s$ CDM+ $\Omega_{\sigma_0}$ मॉडल हबल स्थिरांक के अनुमान को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। जब CMB को PantheonPlus और SH0ES डेटा के साथ जोड़ा जाता है, तो मॉडल $H_0 = 72.25 \pm 0.90$ किमी s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ प्रदान करता है, जो स्थानीय SH0ES कैलिब्रेशन का पुरजोर समर्थन करता है। यह परिणाम हबल टेंशन की सांख्यिकीय सार्थकता को मानक $\sim 5\sigma$ (जो $\Lambda$ CDM में है) से घटाकर लगभग $3.7\sigma$ के स्तर तक कम कर देता है।
$S_8$ पैरामीटर: मॉडल हाल के वीक-लेंसिंग अवलोकनों (जैसे KiDS-Legacy) के अनुरूप $S_8$ मानों की भविष्यवाणी करता है। विश्लेषण इंगित करता है कि एनिसोट्रॉपी का समावेश $S_8$ बाधाओं पर महत्वपूर्ण सुधार या ध्यान देने योग्य परिवर्तन नहीं लाता है, जो यह दर्शाता है कि इस ढांचे के भीतर पदार्थ क्लस्टरिंग आयाम पर एनिसोट्रॉपी का प्रभाव नगण्य है।
मॉडल तुलना: AIC और BIC का उपयोग करके सांख्यिकीय मॉडल चयन यह प्रकट करता है कि जब CMB और सुपरनोवा डेटासेट्स को संयोजित किया जाता है, तो $\Lambda_s$ CDM+ $\Omega_{\sigma_0}$ मॉडल को मानक $\Lambda$ CDM मॉडल की तुलना में बहुत मजबूत प्रेक्षण समर्थन प्राप्त होता है। हालांकि BIC अतिरिक्त मापदंडों के लिए दंड (penalty) लगाता है, लेकिन साइन-स्विचिंग मॉडल्स के लिए फिट में पर्याप्त सुधार के परिणामस्वरूप नकारात्मक $\Delta$ AIC और $\Delta$ BIC मान प्राप्त होते हैं (जो प्राथमिकता दर्शाते हैं) जो CMB+PP&SH0ES संयोजन के लिए है।

महत्व और दावे
यह शोध दावा करता है कि प्रस्तावित $\Lambda_s$ CDM+ $\Omega_{\sigma_0}$ फ्रेमवर्क मानक कॉस्मोलॉजिकल मॉडल के लिए एक सुसंगत और प्रेक्षण योग्य रूप से व्यवहार्य विस्तार प्रदान करता है। इसकी प्राथमिक सार्थकता इस बात को प्रदर्शित करने में है कि एक साइन-स्विचिंग डार्क एनर्जी मॉडल, भले ही उसे एनिसोट्रोपिक विस्तार को शामिल करने के लिए विस्तारित किया गया हो, $S_8$ जैसे अन्य कॉस्मोलॉजिकल मापदंडों में महत्वपूर्ण विसंगतियों को पेश किए बिना हबल टेंशन को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है।

लेखक विनम्रतापूर्वक निष्कर्ष निकालते हैं कि एनिसोट्रोपिक योगदान उप-प्रमुख (subdominant) बना हुआ है और कड़ाई से सीमित है, और मुख्य चालक (driver) साइन-स्विचिंग तंत्र है न कि स्वयं एनिसोट्रॉपी। अध्ययन का दावा है कि संयुक्त मॉडल देर से समय में $\Lambda$ CDM की सफल भविष्यवाणियों को सुरक्षित रखता है और साथ ही वर्तमान कॉस्मोलॉजिकल तनावों को हल करने के लिए एक संभावित मार्ग प्रदान करता है। निष्कर्ष बताते हैं कि इस ढांचे की व्यवहार्यता को और अधिक परीक्षण करने और ब्रह्मांडीय विकास में एनिसोट्रोपिक विस्तार की विशिष्ट भूमिका को स्पष्ट करने के लिए भविष्य के उच्च-परिशुद्धता सर्वेक्षणों की आवश्यकता होगी।

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