کاسمولوجی کی پیشین گوئی کے مطابق تازہ ایکس رے کائنات کو بے ترتیبی کے طور پر ظاہر کرتی ہیں۔ کوانٹا میگزین

سیکڑوں یا ہزاروں کہکشاؤں کے جھرمٹ دیو کے چوراہوں پر بیٹھتے ہیں، مادے کے کراس کراسنگ فلامینٹ جو کائنات کی ٹیپسٹری بناتے ہیں۔ جیسے ہی کشش ثقل ہر کہکشاں کے جھرمٹ میں ہر چیز کو اپنے مرکز کی طرف کھینچتی ہے، گیس جو کہکشاؤں کے درمیان خلا کو بھرتی ہے کمپریس ہو جاتی ہے، جس کی وجہ سے یہ گرم ہو جاتی ہے اور ایکس رے میں چمکتی ہے۔

eRosita ایکس رے دوربین، جو 2019 میں خلا میں لی گئی تھی، نے پورے آسمان سے ہائی انرجی لائٹ کے پنگز کو جمع کرنے میں دو سال سے زیادہ وقت گزارا۔ ڈیٹا نے سائنسدانوں کو ہزاروں کہکشاں کلسٹرز کے مقامات اور سائز کا نقشہ بنانے کی اجازت دی ہے، جن میں سے دو تہائی پہلے نامعلوم تھے۔ میں کاغذات کی ایک بڑی تعداد 14 فروری کو آن لائن پوسٹ کیا گیا جو جرنل میں ظاہر ہوگا۔ فلکیات اور فلکیاتسائنس دانوں نے کاسمولوجی کے کئی بڑے سوالات پر غور کرنے کے لیے اپنے کلسٹرز کے ابتدائی کیٹلاگ کا استعمال کیا۔

نتائج میں برہمانڈ کے گہرے پن کے نئے اندازے شامل ہیں۔ دیر کی ایک بہت زیر بحث خصوصیت، جیسا کہ دیگر حالیہ پیمائشوں نے اسے غیر متوقع طور پر ہموار پایا ہے - اور بھوت نما ذرات کے بڑے پیمانے پر جسے نیوٹرینو کہا جاتا ہے اور تاریک توانائی کی ایک کلیدی خاصیت، پراسرار قابل نفرت توانائی جو کائنات کی توسیع کو تیز کر رہی ہے۔

کاسمولوجسٹ کا کائنات کا راج کرنے والا ماڈل تاریک توانائی کو خود خلا کی توانائی کے طور پر شناخت کرتا ہے اور اسے کائنات کے 70 فیصد مواد پر کھڑا کرتا ہے۔ کائنات کا مزید ایک چوتھائی حصہ پوشیدہ تاریک مادہ ہے، اور 5% عام مادہ اور تابکاری ہے۔ یہ سب کشش ثقل کی قوت کے تحت تیار ہو رہا ہے۔ لیکن پچھلی دہائی کے کچھ مشاہدات کاسمولوجی کے اس "معیاری ماڈل" کی نفی کرتے ہیں، اس امکان کو بڑھاتے ہیں کہ ماڈل میں ایسے اجزا یا اثرات موجود نہیں ہیں جو گہرے تفہیم کا آغاز کر سکتے ہیں۔

eRosita مشاہدات، اس کے برعکس، موجودہ تصویر کو ہر لحاظ سے تقویت دیتے ہیں۔ "یہ معیاری ماڈل کی ایک قابل ذکر تصدیق ہے،" کہا ڈریگن ہٹر, مشی گن یونیورسٹی میں ایک کاسمولوجسٹ جو اس کام میں شامل نہیں تھا۔

کاسموس کا ایکس رے کرنا

بگ بینگ کے بعد، نوزائیدہ کائنات میں باریک کثافت کے تغیرات دھیرے دھیرے زیادہ واضح ہوتے گئے کیونکہ مادے کے ذرات ایک دوسرے پر چمک رہے تھے۔ گھنے جھنڈوں نے مزید مواد کھینچا اور بڑا ہو گیا۔ آج، کہکشاں کے جھرمٹ برہمانڈ میں کشش ثقل سے منسلک سب سے بڑے ڈھانچے ہیں۔ ان کے سائز اور تقسیم کا تعین کرنے سے کاسمولوجسٹ اپنے ماڈل کی جانچ کر سکتے ہیں کہ کائنات کیسے تیار ہوئی۔

کلسٹرز کو تلاش کرنے کے لیے، eRosita ٹیم نے ایک کمپیوٹر الگورتھم کو تربیت دی کہ وہ "واقعی fluffy" ایکس رے ذرائع کو پوائنٹ نما اشیاء کے مقابلے میں تلاش کرے۔ اسرا بلبل جرمنی کے گارچنگ میں میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ فار ایکسٹرا ٹریسٹریل فزکس کے، جنہوں نے eRosita کے کلسٹر مشاہدات کی قیادت کی۔ انہوں نے امیدواروں کی فہرست کو ایک "انتہائی خالص نمونہ" تک پہنچا دیا، اس نے کہا کہ 5,259 کہکشاں کلسٹرز میں سے، تقریباً 1 ملین ایکس رے ذرائع میں سے جو دوربین نے دریافت کیے۔

پھر انہیں یہ معلوم کرنا پڑا کہ یہ کلسٹرز کتنے بھاری ہیں۔ بڑے پیمانے پر اشیاء خلائی وقت کے تانے بانے کو موڑتی ہیں، روشنی کے گزرنے کی سمت کو تبدیل کرتی ہیں اور روشنی کے منبع کو مسخ شدہ ظاہر کرتی ہیں - ایک ایسا رجحان جسے کشش ثقل لینسنگ کہتے ہیں۔ eRosita کے سائنس دان اپنے 5,259 کلسٹرز میں سے کچھ کے بڑے پیمانے پر ان کے پیچھے بیٹھی زیادہ دور دراز کہکشاؤں کے لینسنگ کی بنیاد پر حساب لگا سکتے ہیں۔ جب کہ ان کے جھرمٹ میں سے صرف ایک تہائی کو معلوم تھا کہ پس منظر کی کہکشائیں اس طرح قطار میں کھڑی ہیں، سائنسدانوں نے پایا کہ کلسٹر ماس ان کی ایکس رے کی چمک کے ساتھ مضبوطی سے تعلق رکھتا ہے۔ اس مضبوط ارتباط کی وجہ سے، وہ بقیہ کلسٹرز کے بڑے پیمانے پر اندازہ لگانے کے لیے چمک کا استعمال کر سکتے تھے۔

اس کے بعد انہوں نے کائناتی پیرامیٹرز کی قدروں کا اندازہ لگانے کے لیے بڑے پیمانے پر معلومات کو ابھرتے ہوئے برہمانڈ کے کمپیوٹر سمیلیشنز میں کھلایا۔

گڑبڑ کا اندازہ لگانا

دلچسپی کی ایک تعداد کائنات کا "گڑبڑ پن" ہے، S₈، میں S₈ صفر کی قدر ایک وسیع کائناتی عدمیت کی نمائندگی کرے گی، جو کہ ایک چٹان کے ساتھ ایک چپٹے میدان کے مشابہ ہے۔ ایک S₈ قدر 1 کے قریب گہری وادیوں پر پھیلے ہوئے پہاڑوں کے مساوی ہے۔ سائنسدانوں نے اندازہ لگایا ہے۔ S₈ کائناتی مائکروویو پس منظر (CMB) کی پیمائش پر مبنی - قدیم روشنی جو ابتدائی کائنات سے آتی ہے۔ برہمانڈ کی ابتدائی کثافت کی مختلف حالتوں سے باہر نکلتے ہوئے، محققین کرنٹ کی توقع کرتے ہیں۔ S₈ قدر 0.83 ہو گی۔

لیکن حالیہ مطالعہ آج کہکشاؤں کو دیکھتے ہوئے قدریں 8% سے 10% کم ہیں، جس کا مطلب یہ ہے کہ کائنات غیر متوقع طور پر ہموار ہے۔ اس تفاوت نے ماہر کائنات کو متوجہ کیا ہے، جو ممکنہ طور پر معیاری کاسمولوجیکل ماڈل میں دراڑ کی طرف اشارہ کرتے ہیں۔

تاہم، eRosita ٹیم کو ایسا کوئی تضاد نہیں ملا۔ "ہمارا نتیجہ بنیادی طور پر سی ایم بی کی طرف سے ابتدائی وقت کی پیشین گوئی کے مطابق تھا۔" وٹوریو گھرارڈینی۔، جس نے تجزیہ کی قیادت کی۔ اس نے اور اس کے ساتھیوں نے ایک کا حساب لگایا S₈ 0.85 کی.

گھیرارڈینی نے کہا، ٹیم کے کچھ ارکان مایوس تھے، کیونکہ گمشدہ اجزا کی نشاندہی کرنا معلوم نظریہ سے مماثل ہونے سے زیادہ دلچسپ امکان تھا۔

ایس₈ سی ایم بی کے تخمینہ سے تھوڑی زیادہ قیمت پر بیٹھنا ممکنہ طور پر دوسری ٹیموں کی جانب سے مزید تجزیہ کو متحرک کرے گا۔ گیرٹ شیلنبرگر، ایک فلکی طبیعیات دان جو ہارورڈ سمتھسونین سنٹر فار ایسٹرو فزکس میں کہکشاں کلسٹرز کا مطالعہ کرتا ہے۔ "مجھے یقین ہے کہ یہ شاید آخری کاغذ نہیں ہے جو ہم نے اس موضوع پر دیکھا ہے۔"

نیوٹرینو کا وزن

ابتدائی کائنات میں بکثرت نیوٹرینو تشکیل پائے - تقریبا اتنے ہی فوٹان (روشنی کے ذرات) نے کہا۔ ماریلینا لوورڈے۔، واشنگٹن یونیورسٹی میں ایک کاسمولوجسٹ۔ لیکن طبیعیات دان جانتے ہیں کہ نیوٹرینو، فوٹون کے برعکس، چھوٹے بڑے پیمانے پر ہونا ضروری ہے اس وجہ سے کہ وہ کس طرح تین اقسام کے درمیان گھومتے ہیں۔ ذرات دوسرے ابتدائی ذرات کی طرح ایک ہی طریقہ کار کے ذریعے بڑے پیمانے پر حاصل نہیں کرتے ہیں، لہذا ان کی کمیت ایک بہت زیادہ مطالعہ شدہ راز ہے۔ اور پہلا سوال یہ ہے کہ وہ اصل میں کتنے بڑے ہیں۔

کاسموولوجسٹ برہمانڈ کی ساخت پر ان کے اثرات کا مطالعہ کرکے نیوٹرینو کے بڑے پیمانے کا اندازہ لگا سکتے ہیں۔ نیوٹرینو روشنی کی تقریباً رفتار سے گھومتے ہیں اور اس پر چمکنے کے بجائے دوسرے مادے سے دائیں طرف سے گزرتے ہیں۔ لہٰذا برہمانڈ میں ان کی موجودگی نے اس کے گہرے پن کو کم کر دیا ہے۔ لوورڈے نے کہا، "آپ نیوٹرینو پر جتنا زیادہ ماس ڈالیں گے، اتنا ہی ماس ان [بڑے] ترازو پر ہموار ہوگا۔"

اپنے کہکشاں کلسٹر کی پیمائشوں کو CMB پیمائشوں کے ساتھ ملاتے ہوئے، eRosita ٹیم نے اندازہ لگایا کہ نیوٹرینو کی تین اقسام کے کمیت کا مجموعہ 0.11 الیکٹران وولٹ (eV) سے زیادہ نہیں ہے، یا ایک الیکٹران کی کمیت کے دس لاکھویں حصے سے کم ہے۔ دوسرے نیوٹرینو تجربات ہیں۔ ایک کم حد قائم کی، یہ ظاہر کرتا ہے کہ تین نیوٹرینو ماسز کو کم از کم 0.06 eV (تین بڑے پیمانے کی قدروں کی ایک ممکنہ ترتیب کے لیے) یا 0.1 eV (الٹی ترتیب کے لیے) کا اضافہ کرنا چاہیے۔ جیسے جیسے اوپری اور نچلی حدوں کے درمیان فاصلہ کم ہوتا جا رہا ہے، سائنسدان نیوٹرینو ماس کی قدر کی نشاندہی کرنے کے قریب تر ہوتے جا رہے ہیں۔ بلبل نے کہا، "ہم دراصل ایک پیش رفت کے دہانے پر ہیں۔ بعد کے ڈیٹا ریلیز میں، eRosita ٹیم اوپری باؤنڈ کو اتنا نیچے دھکیل سکتی ہے کہ الٹے آرڈر والے نیوٹرینو ماس ماڈلز کو مسترد کر سکے۔

احتیاط ضروری ہے۔ کوئی دوسرے تیز، ہلکے وزن والے ذرات جو موجود ہو سکتے ہیں — جیسے محور, سیاہ مادے کے امیدوار کے طور پر تجویز کردہ فرضی ذرات - ساخت کی تشکیل پر وہی اثرات مرتب ہوں گے۔ اور وہ نیوٹرینو ماس کی پیمائش میں غلطیاں پیش کریں گے۔

تاریک توانائی سے باخبر رہنا

کہکشاں کے جھرمٹ کی پیمائش نہ صرف یہ ظاہر کر سکتی ہے کہ ڈھانچے کیسے بڑھے، بلکہ یہ بھی کہ ان کی نشوونما کو تاریک توانائی کے ذریعے کیسے روکا گیا — تابکاری توانائی کی پتلی چمک جو خلا میں پھیلتی ہے، خلا کی توسیع کو تیز کرتی ہے اور اس طرح مادے کو الگ کرتی ہے۔

اگر تاریک توانائی خود خلا کی توانائی ہے، جیسا کہ کاسمولوجی کا معیاری ماڈل فرض کرتا ہے، تو اس کی جگہ اور وقت میں مستقل کثافت ہوگی (اسی وجہ سے اسے بعض اوقات کائناتی مستقل بھی کہا جاتا ہے)۔ لیکن اگر اس کی کثافت وقت کے ساتھ ساتھ گر رہی ہے، تو یہ مکمل طور پر کچھ اور ہے۔ آسٹریا کی یونیورسٹی آف انسبرک میں eRosita ٹیم کے رکن، Sebastian Grandis نے کہا، "یہ سب سے بڑا سوال ہے جو کاسمولوجی کا ہے۔"

ان کے ہزاروں کلسٹرز کے نقشے سے، محققین نے پایا کہ تاریک توانائی ایک کائناتی مستقل کے پروفائل سے میل کھاتی ہے، حالانکہ ان کی پیمائش میں 10 فیصد غیر یقینی صورتحال ہے، اس لیے ہمیشہ سے قدرے مختلف تاریک توانائی کی کثافت ممکن ہے۔

اصل میں، eRosita، جو ایک روسی خلائی جہاز پر بیٹھا ہے، آٹھ فل اسکائی سروے کرنا تھا، لیکن فروری 2022 میں، ٹیلی سکوپ نے اپنا پانچواں سروے شروع کرنے کے ہفتوں بعد، روس نے یوکرین پر حملہ کر دیا۔ جواب میں، تعاون کا جرمن فریق، جو eRosita کو چلاتا اور چلاتا ہے، نے تمام سائنسی مشاہدات کو روکتے ہوئے، دوربین کو محفوظ موڈ میں ڈال دیا۔

یہ ابتدائی کاغذات صرف پہلے چھ ماہ کے ڈیٹا سے اخذ کیے گئے ہیں۔ جرمن گروپ کو توقع ہے کہ 1.5 سالوں کے اضافی مشاہدات میں تقریباً چار گنا زیادہ کہکشاں کلسٹرز تلاش کیے جائیں گے، جو ان تمام کائناتی پیرامیٹرز کو زیادہ درستگی کے ساتھ نشان زد کرنے کی اجازت دے گا۔ "کلسٹر کاسمولوجی سی ایم بی کے علاوہ کاسمولوجی کی سب سے حساس تحقیقات ہوسکتی ہے،" نے کہا۔ انجا وان ڈیر لنڈنسٹونی بروک یونیورسٹی میں ماہر فلکیات۔

ان کے ابتدائی نتائج نسبتاً غیر استعمال شدہ معلوماتی ذریعہ کی طاقت کو ظاہر کرتے ہیں۔ "ہم بلاک پر ایک نئے بچے کی طرح ہیں،" گرینڈس نے کہا۔