आकाशगंगाओं के वितरण में पाई गई विषमता

भौतिकविदों का मानना ​​है कि उन्होंने आकाश में आकाशगंगाओं की व्यवस्था में एक आश्चर्यजनक विषमता का पता लगाया है। अगर पुष्टि की जाती है, तो खोज बिग बैंग के दौरान संचालित अज्ञात मौलिक कानूनों की विशेषताओं को इंगित करेगी।

"यदि यह परिणाम वास्तविक है, तो किसी को नोबेल पुरस्कार मिलने वाला है," कहा मार्क कामिओनकोव्स्की, जॉन्स हॉपकिन्स विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी जो विश्लेषण में शामिल नहीं थे।

मानो कनेक्ट द डॉट्स का एक लौकिक खेल खेल रहे हों, शोधकर्ताओं ने चार आकाशगंगाओं के सेट के बीच रेखाएँ खींचीं, जिससे टेट्राहेड्रा नामक चार-कोणीय आकृतियों का निर्माण हुआ। जब उन्होंने 1 मिलियन आकाशगंगाओं की सूची से हर संभव टेट्राहेड्रॉन का निर्माण किया, तो उन्होंने पाया कि टेट्राहेड्रा उन्मुख एक तरह से उनकी दर्पण छवियों से अधिक है।

टेट्राहेड्रा और उनकी दर्पण छवियों के बीच असंतुलन का संकेत पहले था की रिपोर्ट by ओलिवर फिलकॉक्सन्यूयॉर्क में कोलंबिया विश्वविद्यालय में एक खगोल वैज्ञानिक, में प्रकाशित एक पेपर में भौतिक समीक्षा डी सितम्बर में। साथ-साथ किए गए एक स्वतंत्र विश्लेषण में, जिसकी अब सहकर्मी समीक्षा की जा रही है, जिआमिन हौ और ज़ाचरी स्लीपियन फ्लोरिडा विश्वविद्यालय और रॉबर्ट कान लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी के पता चला सांख्यिकीय निश्चितता के स्तर के साथ विषमता जिसे भौतिक विज्ञानी आमतौर पर निश्चित मानते हैं।

लेकिन इस तरह की एक ब्लॉकबस्टर खोज के साथ - और जो अभी भी समीक्षा के अधीन है - विशेषज्ञों का कहना है कि सावधानी बरती जाती है।

"कोई स्पष्ट कारण नहीं है कि उन्होंने गलती की है," कहा शॉन हॉचकिसऑकलैंड विश्वविद्यालय में एक ब्रह्मांड विज्ञानी। "इसका मतलब यह नहीं है कि कोई गलती नहीं है।"

ख्यात असंतुलन "समता" नामक समरूपता का उल्लंघन करता है, जो बाएँ और दाएँ की समानता है। यदि अवलोकन जांच का सामना करता है, तो भौतिकविदों को लगता है कि यह हमारे ब्रह्मांड में विकसित होने वाली सभी संरचनाओं के बीज बोने वाली प्रारंभिक प्रक्रिया में एक अज्ञात, समता-उल्लंघन करने वाले घटक को प्रतिबिंबित करना चाहिए।

"यह एक अविश्वसनीय परिणाम है - वास्तव में प्रभावशाली," कामिओनकोव्स्की ने कहा। "क्या मुझे विश्वास है? मैं वास्तव में जश्न मनाने के लिए इंतजार करने जा रहा हूं।

बाएं हाथ का ब्रह्मांड

समानता कभी भौतिकी की पोषित समरूपता थी। लेकिन फिर, 1957 में, चीनी अमेरिकी भौतिक विज्ञानी चिएन-शिउंग वू के परमाणु क्षय प्रयोग प्रकट कि हमारे ब्रह्माण्ड में वास्तव में थोड़ा सा हाथ है: कमजोर परमाणु बल में शामिल उपपरमाण्विक कण, जो परमाणु क्षय का कारण बनते हैं, वे हमेशा जिस दिशा में चलते हैं, उससे विपरीत दिशा में चुंबकीय रूप से उन्मुख होते हैं, ताकि वे बाईं ओर के धागे की तरह सर्पिल हों -हैंडेड स्क्रू. दर्पण-प्रतिबिंब कण - दाएँ हाथ के पेंच जैसे - कमजोर बल महसूस नहीं करते।

वू का खुलासा चौंकाने वाला था। भौतिक विज्ञानी जॉन ब्लाट ने वोल्फगैंग पाउली को एक पत्र में लिखा है, "हम सभी अपने प्रिय मित्र, समता की मृत्यु से हिल गए हैं।"

कमजोर बल के बाएं हाथ में सूक्ष्म प्रभाव होते हैं जो आकाशगंगा के पैमाने पर ब्रह्मांड को प्रभावित नहीं कर सकते थे। लेकिन वू की खोज के बाद से, भौतिकविदों ने अन्य तरीकों की तलाश की है जिसमें ब्रह्मांड अपनी दर्पण छवि से अलग है।

उदाहरण के लिए, यदि ब्रह्मांड अपनी प्रारंभिक अवस्था में था, तो कुछ आदिम समता उल्लंघन प्रभाव में थे, हो सकता है कि इसने ब्रह्मांड की संरचना पर एक मोड़ अंकित किया हो।

माना जाता है कि ब्रह्माण्ड के जन्म के समय या उसके आस-पास, एक ऐसा क्षेत्र जिसे फुलाटन के रूप में जाना जाता है, अंतरिक्ष में व्याप्त है। एक रोइंग, उबलता हुआ माध्यम जहां हवा के कण लगातार बुदबुदाते और गायब हो जाते थे, इनफ्लेटन क्षेत्र भी प्रतिकारक था; थोड़े समय के लिए यह अस्तित्व में हो सकता है, इसने हमारे ब्रह्मांड को अपने मूल आकार से 100 ट्रिलियन ट्रिलियन बार तेजी से विस्तारित किया होगा। इनफ्लैटन क्षेत्र में कणों के उन सभी क्वांटम उतार-चढ़ाव को बाहर की ओर प्रवाहित किया गया और ब्रह्मांड में जम गया, जो पदार्थ के घनत्व में भिन्नता बन गया। आकाशगंगाओं और बड़े पैमाने की संरचना का निर्माण करने के लिए सघन पॉकेट्स गुरुत्वाकर्षण से लगातार जुड़ते रहे जो आज हम देखते हैं।

1999 में, कामिओनकोव्स्की सहित शोधकर्ता माना क्या होगा यदि इस विस्फोट से पहले एक से अधिक क्षेत्र मौजूद थे। इनफ्लैटन क्षेत्र किसी अन्य क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया कर सकता था जो दाएं हाथ और बाएं हाथ के कणों का उत्पादन कर सकता था। यदि इनफ्लैटन ने दाएं हाथ के कणों को बाएं हाथ वाले की तुलना में अलग तरीके से व्यवहार किया, तो यह दूसरे के ऊपर एक हाथ के कणों को तरजीह दे सकता था। इस तथाकथित चेर्न-सिमंस कपलिंग ने शुरुआती क्वांटम उतार-चढ़ाव को एक पसंदीदा हाथ से ग्रहण किया होगा, जो आकाशगंगाओं के बाएं हाथ और दाएं हाथ के टेट्राहेड्रल व्यवस्था के असंतुलन में विकसित हुआ होगा।

अतिरिक्त क्षेत्र क्या हो सकता है, एक संभावना गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र है। इस परिदृश्य में, एक समता-उल्लंघन करने वाला चेर्न-साइमन्स इंटरेक्शन इन्फ्लैटन कणों और गुरुत्वाकर्षण के बीच होगा - गुरुत्वाकर्षण की क्वांटम इकाइयाँ - जो मुद्रास्फीति के दौरान गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में पॉप अप हो जाती। इस तरह की बातचीत ने प्रारंभिक ब्रह्मांड के घनत्व भिन्नताओं में और इसके परिणामस्वरूप, आज के बड़े पैमाने की संरचना में एक सहजता पैदा की होगी।

2006 में, स्टीफन अलेक्जेंडर, एक भौतिक विज्ञानी अब ब्राउन विश्वविद्यालय में, सुझाव कि चेर्न-साइमन्स गुरुत्वाकर्षण भी ब्रह्मांड विज्ञान के सबसे बड़े रहस्यों में से एक को संभावित रूप से हल कर सकता है: हमारे ब्रह्मांड में एंटीमैटर की तुलना में अधिक पदार्थ क्यों हैं। उन्होंने अनुमान लगाया कि चेर्न-सीमन्स की बातचीत से बाएं हाथ के ग्रेविटॉन की एक सापेक्षिक बहुतायत प्राप्त हो सकती है, जो बदले में दाएं हाथ के एंटीमैटर पर बाएं हाथ के मामले को प्राथमिकता देगी।

सिकंदर का विचार वर्षों तक अपेक्षाकृत अस्पष्ट रहा। जब उन्होंने नए निष्कर्षों के बारे में सुना, तो उन्होंने कहा, "यह एक बड़ा आश्चर्य था।"

आकाश में टेट्राहेड्रा

कैन ने सोचा कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में समता उल्लंघन के साथ पदार्थ-प्रतिपदार्थ विषमता पहेली को हल करने की संभावना "सट्टा, लेकिन उत्तेजक भी थी।" 2019 में, उन्होंने स्लोन डिजिटल स्काई सर्वे में आकाशगंगाओं की एक सूची में समता उल्लंघन की तलाश करने का फैसला किया। उसने कुछ भी पाने की उम्मीद नहीं की थी लेकिन सोचा कि यह जांच के लायक होगा।

यह परीक्षण करने के लिए कि आकाशगंगा वितरण समता का सम्मान करता है या उल्लंघन करता है, वह और उनके सहयोगी जानते थे कि उन्हें चार आकाशगंगाओं की चतुष्फलकीय व्यवस्था का अध्ययन करने की आवश्यकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि चतुष्फलक सबसे सरल त्रि-आयामी आकार है, और केवल 3D वस्तुओं में समता का उल्लंघन करने का अवसर होता है। इसे समझने के लिए अपने हाथों पर विचार करें। चूंकि हाथ 3D हैं, इसलिए बाएं हाथ को घुमाने का कोई तरीका नहीं है जिससे यह दाएं हाथ जैसा दिखे। अपने बाएं हाथ को इस तरह से पलटें कि दोनों हाथों के अंगूठे बाईं ओर हों, और आपके हाथ अभी भी अलग दिखें - हथेलियां विपरीत दिशा में हों। इसके विपरीत, यदि आप कागज की एक शीट पर बाएं हाथ का पता लगाते हैं और 2D छवि को काटते हैं, तो कटआउट को पलटने से यह दाहिने हाथ जैसा दिखता है। कटआउट और इसकी दर्पण छवि अप्रभेद्य हैं।

2020 में, स्लीपियन और कान आकाश में बाएं हाथ और दाएं हाथ की संख्या की तुलना करने के लिए आकाशगंगाओं की टेट्राहेड्रल व्यवस्था की "सौहार्द" को परिभाषित करने का एक तरीका लेकर आए। पहले उन्होंने एक आकाशगंगा ली और तीन अन्य आकाशगंगाओं की दूरियों को देखा। यदि दाएँ हाथ के पेंच की तरह दक्षिणावर्त दिशा में दूरियाँ बढ़ती हैं, तो वे टेट्राहेड्रॉन को दाएँ हाथ का कहते हैं। यदि दूरियां वामावर्त जा रही थीं, तो यह बाएं हाथ की थी।

यह निर्धारित करने के लिए कि क्या पूरे ब्रह्मांड में एक पसंदीदा हाथ है, उन्हें 1 मिलियन आकाशगंगाओं के अपने डेटाबेस से निर्मित सभी टेट्राहेड्रा के विश्लेषण को दोहराना पड़ा। लगभग 1 ट्रिलियन ट्रिलियन ऐसे टेट्राहेड्रा हैं - एक समय में एक को संभालने के लिए एक अव्यवस्थित सूची। लेकिन में एक फैक्टरिंग ट्रिक विकसित हुई पहले काम एक अलग समस्या पर शोधकर्ताओं ने टेट्राहेड्रा की समता को अधिक समग्र रूप से देखने की अनुमति दी: एक समय में एक टेट्राहेड्रॉन को इकट्ठा करने और इसकी समता निर्धारित करने के बजाय, वे प्रत्येक आकाशगंगा को बारी-बारी से ले सकते हैं और अन्य सभी आकाशगंगाओं को उस आकाशगंगा से उनकी दूरी के अनुसार समूहित कर सकते हैं, प्याज की परतों जैसी परतें बनाना। गोलाकार हार्मोनिक्स कहे जाने वाले कोणों के गणितीय कार्यों के संदर्भ में प्रत्येक परत में आकाशगंगाओं की सापेक्ष स्थिति को व्यक्त करके, वे सामूहिक टेट्राहेड्रा बनाने के लिए व्यवस्थित रूप से तीन परतों के सेट को जोड़ सकते हैं।

शोधकर्ताओं ने तब परिणामों की तुलना भौतिकी के समता-संरक्षण कानूनों के आधार पर उनकी अपेक्षाओं से की। होउ ने इस कदम का नेतृत्व किया, आकाशगंगाओं के नकली कैटलॉग का विश्लेषण किया जो छोटे, समता-संरक्षण घनत्व विविधताओं से शुरू होने वाले ब्रह्मांड के विकास का अनुकरण करके उत्पन्न किया गया था। इन नकली कैटलॉग से, होउ और उनके सहयोगी यह निर्धारित कर सकते हैं कि कैसे बाएं और दाएं हाथ वाले टेट्राहेड्रा की टैली बेतरतीब ढंग से भिन्न होती है, यहां तक ​​कि एक दर्पण-सममित दुनिया में भी।

टीम को वास्तविक डेटा में समता उल्लंघन का "सात-सिग्मा" स्तर मिला, जिसका अर्थ है कि बाएं और दाएं हाथ वाले टेट्राहेड्रा के बीच असंतुलन सात गुना बड़ा था, जैसा कि यादृच्छिक मौका और त्रुटि के अन्य कल्पनीय स्रोतों से उम्मीद की जा सकती है।

कामिओनकोव्स्की ने इसे "अविश्वसनीय कहा कि वे ऐसा करने में सक्षम थे," यह कहते हुए कि "तकनीकी रूप से, यह बिल्कुल आश्चर्यजनक है। यह वास्तव में, वास्तव में, वास्तव में जटिल विश्लेषण है।

फिलकॉक्स ने इसी तरह के तरीकों का इस्तेमाल किया (और होउ, स्लीपियन और काह्न के साथ इस तरह के विश्लेषण का प्रस्ताव देने वाले कुछ पुराने पत्रों का सह-लेखन किया था), लेकिन उन्होंने कुछ अलग विकल्प बनाए - उदाहरण के लिए, हौ और सहकर्मियों की तुलना में आकाशगंगाओं को कम परतों में समूहीकृत करना और कुछ समस्याग्रस्त को छोड़ना विश्लेषण से टेट्राहेड्रा - और इसलिए समता का अधिक मामूली 2.9-सिग्मा उल्लंघन पाया गया। शोधकर्ता अब अपने विश्लेषणों के बीच के अंतरों का अध्ययन कर रहे हैं। आंकड़ों को समझने की व्यापक कोशिशों के बाद भी सभी पक्ष सतर्क रहते हैं.

साक्ष्य की पुष्टि करना

आश्चर्यजनक खोज नए भौतिकी पर संकेत देती है जो ब्रह्मांड के बारे में लंबे समय तक चलने वाले प्रश्नों का उत्तर दे सकती है। लेकिन काम अभी शुरू ही हुआ है।

पहले भौतिकविदों को अवलोकन को सत्यापित (या गलत साबित) करने की आवश्यकता है। नए, महत्वाकांक्षी आकाशगंगा सर्वेक्षण जिन पर विश्लेषण को दोहराया जाना पहले से ही चल रहा है। उदाहरण के लिए चल रहे डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट सर्वे ने अब तक 14 मिलियन आकाशगंगाओं में प्रवेश किया है और जब यह पूरा हो जाएगा तो इसमें 30 मिलियन से अधिक शामिल होंगे। कान ने कहा, "इससे हमें बेहतर आँकड़ों के साथ इसे और अधिक विस्तार से देखने का अवसर मिलेगा।"

इसके अलावा, यदि समता-उल्लंघन संकेत वास्तविक है, तो यह आकाशगंगाओं के वितरण के अलावा अन्य डेटा में दिखाई दे सकता है। आकाश में सबसे पुराना प्रकाश, उदाहरण के लिए - ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि के रूप में जाना जाने वाला विकिरण का स्नान, प्रारंभिक ब्रह्मांड से बचा हुआ - ब्रह्मांड में स्थानिक विविधताओं का हमारा सबसे पुराना स्नैपशॉट प्रदान करता है। इस प्रकाश के डैपल्ड पैटर्न में समान समता-उल्लंघन करने वाले सहसंबंध होने चाहिए जो कि बाद में बनने वाली आकाशगंगाओं के रूप में हैं। भौतिकविदों का कहना है कि प्रकाश में ऐसा संकेत मिलना संभव होना चाहिए।

देखने के लिए एक अन्य स्थान गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पैटर्न होगा जो मुद्रास्फीति के दौरान उत्पन्न हो सकता है, जिसे स्टोकेस्टिक गुरुत्वाकर्षण लहर पृष्ठभूमि कहा जाता है। स्पेस-टाइम फैब्रिक में ये कॉर्कस्क्रू-जैसे तरंग दाएं हाथ या बाएं हाथ के हो सकते हैं, और समता-संरक्षण वाली दुनिया में, उनमें प्रत्येक की समान मात्रा होगी। इसलिए यदि भौतिक विज्ञानी इस पृष्ठभूमि को मापने का प्रबंधन करते हैं और पाते हैं कि एक हाथ से चलने का पक्ष लिया जाता है, तो यह प्रारंभिक ब्रह्मांड में समता-उल्लंघन करने वाली भौतिकी की एक स्पष्ट, स्वतंत्र जाँच होगी।

जैसे ही पुष्टि करने वाले साक्ष्य की खोज शुरू होती है, सिद्धांतवादी मुद्रास्फीति के उन मॉडलों का अध्ययन करेंगे जो संकेत उत्पन्न कर सकते थे। साथ जियोवानी कबास, प्रिंसटन, न्यू जर्सी, फिलकॉक्स में उन्नत अध्ययन संस्थान में एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी ने हाल ही में अपने माप का उपयोग किया समता-उल्लंघन करने वाले कई मॉडलों का परीक्षण करें मुद्रास्फीति, जिसमें चेर्न-साइमन्स प्रकार शामिल हैं। (वे अभी निश्चित रूप से नहीं कह सकते कि कौन सा मॉडल, यदि कोई है, सही है।)

अलेक्जेंडर ने चेर्न-साइमन्स गुरुत्वाकर्षण को समझने के अपने प्रयासों पर भी ध्यान केंद्रित किया है। कामिओनकोव्स्की और सहित सहयोगियों के साथ सिरिल क्रेक-सरबिनोवस्की कम्प्यूटेशनल एस्ट्रोफिजिक्स के लिए फ्लैटिरॉन इंस्टीट्यूट के सेंटर में, अलेक्जेंडर ने सूक्ष्म विवरणों पर काम करना शुरू कर दिया है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में चेर्न-सिमन्स गुरुत्वाकर्षण आज की आकाशगंगाओं के वितरण को कैसे प्रभावित करेगा।

"मैं थोड़ी देर के लिए इस सामान को आगे बढ़ाने वाले अकेले सैनिक की तरह था," उन्होंने कहा। "लोगों को दिलचस्पी लेते हुए देखना अच्छा लगता है।"

संपादक का नोट: द फ्लैटिरॉन इंस्टीट्यूट को सिमन्स फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित किया जाता है, जो इस संपादकीय स्वतंत्र पत्रिका का भी समर्थन करता है। इसके अलावा, ओलिवर फिलकॉक्स को सिमंस फाउंडेशन से फंडिंग मिलती है।