Measuring the Hubble Constant: The Tension

ہیبل کانسٹنٹ کی پیمائش: کشمکش

Linas Juozenas

مقامی اور ابتدائی کائناتی پیمائشوں میں تضادات نئے کاسمولوجیکل سوالات کو جنم دے رہے ہیں

H کی اہمیت₀

ہبل کانسٹنٹ (H₀) کائنات کی موجودہ توسیعی شرح طے کرتا ہے، جو عام طور پر کلومیٹر فی سیکنڈ فی میگا پارسیک (km/s/Mpc) میں ظاہر کی جاتی ہے۔ H₀ کی درست قیمت کاسمولوجی میں بہت اہم ہے کیونکہ:

یہ توسیع سے پیچھے جا کر کائنات کی عمر کا تعین کرتا ہے۔
یہ دیگر کائناتی پیمائشوں کے لیے فاصلہ پیمانہ کی کیلیبریشن کرتا ہے۔
یہ کاسمولوجیکل پیرامیٹرز کی فٹنگ میں الجھنوں کو توڑنے میں مدد دیتا ہے (مثلاً مادے کی کثافت، ڈارک انرجی کے پیرامیٹرز)۔

روایتی طور پر، ماہرین فلکیات H₀ کو دو مختلف حکمت عملیوں سے ناپتے ہیں:

مقامی (فاصلے کی سیڑھی) طریقہ: پیرا لیکس سے سیفیڈز یا TRGB (ٹپ آف دی ریڈ جائنٹ برانچ) تک تعمیر کرنا، پھر ٹائپ Ia سپرنووا کا استعمال، جو نسبتاً قریبی کائنات میں براہ راست توسیعی شرح فراہم کرتا ہے۔
ابتدائی کائناتی طریقہ: منتخب شدہ کاسمولوجیکل ماڈل (ΛCDM) کے تحت کاسمک مائیکروویو بیک گراؤنڈ (CMB) ڈیٹا سے H₀ کا اندازہ لگانا، ساتھ ہی بیریون آکوسٹک اوسلیشنز یا دیگر پابندیاں۔

حالیہ برسوں میں، یہ دونوں طریقے نمایاں طور پر مختلف H₀ کی قدریں دیتے ہیں: ایک زیادہ مقامی پیمائش (~73–75 کلومیٹر/سیکنڈ/Mpc) بمقابلہ کم CMB پر مبنی پیمائش (~67–68 کلومیٹر/سیکنڈ/Mpc)۔ اس تضاد کو “ہبل ٹینشن” کہا جاتا ہے جو یا تو معیاری ΛCDM سے آگے نئی طبیعیات کی نشاندہی کرتا ہے یا دونوں پیمائش کے طریقوں میں حل طلب نظامی مسائل کی طرف اشارہ کرتا ہے۔

2. مقامی فاصلے کی سیڑھی: مرحلہ وار طریقہ

2.1 پیرا لیکس اور کیلیبریشن

مقامی فاصلے کی سیڑھی کی بنیاد پیرا لیکس (مثلثی) ہے جو نسبتاً قریبی ستاروں کے لیے استعمال ہوتی ہے (گیا مشن، HST پیرا لیکس برائے سیفیڈز وغیرہ)۔ پیرا لیکس معیاری کینڈلز جیسے سیفیڈ ویری ایبلز کے لیے مطلق پیمانہ طے کرتا ہے، جن کا پیریڈ–لومینوسٹی تعلق اچھی طرح جانا جاتا ہے۔

2.2 سیفیڈز اور TRGB

سیفیڈ ویری ایبلز: دور دراز کے مارکرز جیسے ٹائپ Ia سپرنووا کی پیمائش کے لیے کلیدی قدم۔ فریڈمین اور میڈور، رائس وغیرہ (SHoES ٹیم) اور دیگر نے مقامی سیفیڈ کی پیمائش کو بہتر بنایا۔
ٹپ آف دی ریڈ جائنٹ برانچ (TRGB): ایک اور تکنیک دھات سے غریب آبادیوں میں ہیلیم فلیش کے آغاز پر سرخ دیو کی روشنی کا استعمال کرتی ہے۔ کارنیگی–شکاگو ٹیم (فریڈمین وغیرہ) نے کچھ مقامی کہکشاؤں میں تقریباً 1% درستگی ماپی، جو سیفیڈز کا متبادل فراہم کرتی ہے۔

2.3 ٹائپ Ia سپرنووا

جب میزبان کہکشاؤں میں سیفیڈز (یا TRGB) سپرنووا کی روشنی کو اینکر کرتے ہیں، تو سپرنووا کو سینکڑوں Mpc تک ناپا جا سکتا ہے۔ سپرنووا کی ظاہری چمک کو حاصل شدہ مطلق چمک سے موازنہ کر کے ہم فاصلے معلوم کرتے ہیں۔ ریڈ شفٹ سے حاصل شدہ ریسیشن وِلوسٹی کو فاصلے کے مقابلے میں پلاٹ کرنے سے مقامی طور پر H₀ حاصل ہوتا ہے۔

2.4 مقامی پیمائشیں

ریئس وغیرہ (SHoES) عام طور پر H₀ ≈ 73–74 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک پاتے ہیں (~1.0–1.5% غیر یقینی کے ساتھ)۔ فریڈمین وغیرہ (TRGB) کی قیمتیں تقریباً 69–71 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک ہیں، جو ریئس سے کچھ کم لیکن پلینک کی تقریباً 67 سے زیادہ ہیں۔ لہٰذا، مقامی پیمائشیں آپس میں کچھ مختلف ہیں، لیکن عام طور پر 70–74 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک کے ارد گرد مرکوز ہیں—جو پلینک کے تقریباً 67 سے زیادہ ہے۔

3. ابتدائی کائنات (CMB) کا طریقہ

3.1 ΛCDM ماڈل اور CMB

WMAP یا پلینک کے ذریعے ماپا گیا کائناتی مائیکروویو بیک گراؤنڈ (CMB) کی غیر یکسانیتیں، معیاری ΛCDM کاسمولوجیکل ماڈل کے تحت، صوتی چوٹی کے پیمانے اور دیگر پیرامیٹرز کا اندازہ لگاتی ہیں۔ CMB پاور اسپیکٹرم کی فٹنگ سے Ω_b h²، Ω_c h²، اور دیگر پیرامیٹرز حاصل ہوتے ہیں۔ ان کو ہمواری کے مفروضے اور BAO یا دیگر ڈیٹا کے ساتھ ملا کر H₀ حاصل کیا جاتا ہے۔

3.2 پلینک کی پیمائش

پلینک تعاون کا حتمی ڈیٹا عام طور پر H₀ = 67.4 ± 0.5 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک دیتا ہے (عین پریئرز پر منحصر)، جو مقامی SHoES پیمائش سے تقریباً 5–6σ کم ہے۔ یہ فرق، جسے ہبل کشیدگی کہا جاتا ہے، تقریباً 5σ اہمیت رکھتا ہے، جو ظاہر کرتا ہے کہ یہ اتفاقی غلطی ہونے کا امکان کم ہے۔

3.3 اختلاف کیوں اہم ہے

اگر معیاری ΛCDM ماڈل درست ہے اور پلینک کا ڈیٹا نظامی طور پر مضبوط ہے، تو مقامی فاصلے کی سیڑھی کے طریقوں میں ایک غیر شناخت شدہ نظامی غلطی ہونی چاہیے۔ متبادل طور پر، اگر مقامی فاصلے درست ہیں، تو شاید ابتدائی کائناتی ماڈل نامکمل ہے—نئی فزکس کائناتی توسیع کو متاثر کر رہی ہو یا کوئی اضافی ریلیٹیوسٹک نوع یا ابتدائی ڈارک انرجی H₀ کی تشخیص کو بدل رہی ہو۔

4. اختلاف کے ممکنہ ذرائع

4.1 فاصلے کی سیڑھی میں نظامی غلطیاں؟

ایک شبہ یہ ہے کہ سیفائیڈ کیلیبریشنز یا سپرنوا فوٹومیٹری میں غیر درست نظامی غلطیاں ہو سکتی ہیں—جیسے سیفائیڈ کی روشنی پر میٹالیسٹی کے اثرات، مقامی بہاؤ کی اصلاحات، یا انتخابی تعصبات۔ تاہم، متعدد ٹیموں کے درمیان مضبوط داخلی مطابقت بڑی غلطی کے امکان کو کم کرتی ہے۔ TRGB طریقے بھی معتدل طور پر زیادہ H₀ پر متفق ہیں، اگرچہ سیفائیڈ سے تھوڑا کم، لیکن پھر بھی پلینک سے زیادہ۔

4.2 CMB یا ΛCDM میں غیر شناخت شدہ نظامی غلطیاں؟

ایک اور امکان یہ ہے کہ پلینک کی CMB تشریح ΛCDM کے تحت ایک اہم عنصر کو نظر انداز کرتی ہے، مثلاً:

توسیعی نیوٹرینو فزکس یا ایک اضافی ریلیٹیوسٹک نوع (N_eff)۔
ابتدائی ڈارک انرجی جو ری کومبینیٹیشن کے قریب ہو۔
غیر ہموار جیومیٹری یا وقت کے ساتھ بدلتی ہوئی ڈارک انرجی۔

پلینک میں ان کی کوئی مضبوط نشانی نہیں ہے، لیکن کچھ توسیعی ماڈل فٹس میں ہلکی اشارے ظاہر ہوتے ہیں۔ ابھی تک کوئی بھی قائل کن طریقے سے کشیدگی کو حل نہیں کرتا بغیر دوسرے انومالیز یا پیچیدگی بڑھائے۔

4.3 دو مختلف ہبل کانسٹنٹس؟

کچھ کا کہنا ہے کہ کم ریڈ شفٹ پر توسیع کی شرح عالمی اوسط سے مختلف ہو سکتی ہے اگر بڑے مقامی ڈھانچے یا غیر یکسانیتیں ("ہبل ببل") موجود ہوں، لیکن متعدد سمتوں سے ڈیٹا، دیگر کائناتی پیمانے، اور عمومی یکسانیت کا مفروضہ ایک اہم مقامی خلا یا مقامی ماحول کی وضاحت کو کشیدگی کے لیے مکمل طور پر کم امکان بناتے ہیں۔

5. کشیدگی کو حل کرنے کی کوششیں

5.1 آزاد طریقے

محققین متبادل مقامی کیلیبریشنز کا تجربہ کرتے ہیں:

میگامیزر میگامیزر کہکشاؤں میں (جیسے NGC 4258) سپرنووا فاصلے کے لیے اینکر کے طور پر۔
مضبوط لینسنگ وقت کی تاخیر (H0LiCOW، TDCOSMO)۔
ایلیپٹیکل کہکشاؤں میں سطح کی چمک میں اتار چڑھاؤ۔

اب تک، یہ عام طور پر H کی حمایت کرتے ہیں₀ ہائی 60s سے لو 70s کی حد میں، سب ایک ہی درست قیمت پر نہیں آ رہے، لیکن عام طور پر 67 سے اوپر۔ لہٰذا، کوئی بھی واحد آزاد طریقہ کشیدگی کو ختم نہیں کر سکا۔

5.2 DES، DESI، Euclid سے مزید ڈیٹا

BAO مختلف ریڈ شفٹ پر ناپے جاتے ہیں تاکہ H(z) کی تعمیر نو کی جا سکے اور جانچا جا سکے کہ آیا z = 1100 (CMB دور) اور z = 0 کے درمیان ΛCDM سے کوئی انحراف ظاہر ہوتا ہے۔ اگر ڈیٹا ایسی تبدیلی دکھائے جو لوکل H₀ کو زیادہ کرے جبکہ پلانک کے ساتھ اعلی z پر میل کھائے، تو یہ نئی فزکس (جیسے ابتدائی تاریک توانائی) کی نشاندہی کر سکتا ہے۔ DESI کا مقصد متعدد ریڈ شفٹ پر تقریباً 1% فاصلے کی پیمائش ہے، جو ممکنہ طور پر کائناتی توسیع کے راستے کو واضح کر سکتی ہے۔

5.3 اگلی نسل کی فاصلے کی سیڑھی

مقامی ٹیمیں Gaia ڈیٹا کے ذریعے پیرا لیکس کیلیبریشنز کو بہتر بناتی رہتی ہیں، سیفیڈ زیرو پوائنٹس کو بہتر کرتی ہیں، اور سپرنووا فوٹومیٹری میں نظاماتی غلطیوں کی دوبارہ جانچ کرتی ہیں۔ اگر کشیدگی چھوٹے ایرر بارز کے ساتھ برقرار رہتی ہے، تو ΛCDM سے آگے نئی فزکس کے لیے کیس مضبوط ہوتا ہے۔ اگر یہ ختم ہو جاتی ہے، تو ہم ΛCDM کی مضبوطی کی تصدیق کریں گے۔

6. کاسمولوجی کے لیے مضمرات

6.1 اگر پلانک درست ہے (کم H₀)

کم H₀ ≈ 67 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک معیاری ΛCDM سے z = 1100 سے اب تک ہم آہنگ ہے۔ پھر لوکل فاصلے کی سیڑھی کے طریقے نظاماتی طور پر غلط ہوں گے، یا ہم ایک غیر معمولی مقامی علاقے میں رہتے ہیں۔ یہ منظرنامہ کائنات کی عمر تقریباً 13.8 ارب سال ظاہر کرتا ہے۔ بڑے پیمانے کی ساخت کی پیش گوئیاں کہکشاں کے اجتماع کے ڈیٹا، BAOs، اور لینسنگ کے ساتھ مطابقت رکھتی ہیں۔

6.2 اگر لوکل لیڈر درست ہے (ہائی H₀)

اگر H₀ اگر ≈ 73 درست ہے، تو پلانک کے لیے معیاری ΛCDM فٹ نامکمل ہونا چاہیے۔ ہمیں شاید ضرورت ہو:

اضافی ابتدائی تاریک توانائی جو عارضی طور پر ری-کمبائنیشن سے پہلے توسیع کو تیز کرتی ہے، چوٹی کے زاویے بدلتی ہے جس سے پلانک پر مبنی H₀ کا اندازہ کم ہو جاتا ہے۔
اضافی ریلویٹوسٹک ڈگری آزادی یا نئی نیوٹرینو طبیعیات۔
ایک فلیٹ، خالص ΛCDM کائنات کے مفروضے کا ٹوٹنا۔

ایسی نئی طبیعیات کشیدگی کو حل کر سکتی ہے مگر زیادہ پیچیدہ ماڈلز کی قیمت پر، لیکن اسے دیگر ڈیٹا (CMB لینسنگ، ساخت کی نمو کی پابندیاں، بگ بینگ نیوکلیوسنتھیسس) سے آزمایا جا سکتا ہے۔

6.3 مستقبل کا منظرنامہ

یہ کشیدگی مضبوط کراس چیک کی دعوت دیتی ہے۔ CMB-S4 یا اگلے درجے کے کاسمی شیئر ڈیٹا سے یہ جانچا جا سکتا ہے کہ آیا ساخت کی نمو ہائی یا لو H₀ توسیعات کے ساتھ مطابقت رکھتی ہے۔ اگر کشیدگی تقریباً 5σ پر مستقل رہے، تو یہ مضبوطی سے اشارہ کرتا ہے کہ معیاری ماڈل میں ترمیم کی ضرورت ہے۔ ایک بڑا نظریاتی ارتقاء یا نظامی حل آخرکار فیصلہ کن ہو سکتا ہے۔

7. نتیجہ

ہبل کانسٹنٹ (H₀) کی پیمائش کاسمولوجی کے مرکز میں ہے، جو توسیع کے مقامی مشاہدات کو ابتدائی کائنات کے فریم ورک سے جوڑتی ہے۔ موجودہ طریقے دو مختلف نتائج دیتے ہیں:

مقامی فاصلے کی سیڑھی (سیفیڈز، TRGB، SNe کے ذریعے) عام طور پر H₀ ≈ 73 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک دیتی ہے۔
CMB-based ΛCDM فٹس، پلانک ڈیٹا استعمال کرتے ہوئے، H₀ ≈ 67 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک دیتی ہیں۔

یہ “ہبل کشیدگی”، تقریباً 5σ اہمیت کے ساتھ، یا تو ایک طریقہ میں غیر شناخت شدہ نظامی غلطیوں یا معیاری ΛCDM ماڈل سے باہر نئی طبیعیات کی نشاندہی کرتی ہے۔ پیرالیکس کیلیبریشن (Gaia)، سپرنووا زیرو پوائنٹ، لینسنگ ٹائم-ڈیلے فاصلہ، اور ہائی-ریڈشیفٹ BAO میں جاری بہتری ہر مفروضے کی جانچ کر رہی ہے۔ اگر کشیدگی برقرار رہتی ہے، تو یہ غیر معمولی حل (ابتدائی تاریک توانائی، اضافی نیوٹرینو وغیرہ) ظاہر کر سکتی ہے۔ اگر یہ کم ہو جاتی ہے، تو ہم ΛCDM کی مضبوطی کی تصدیق کریں گے۔

کسی بھی نتیجے کا ہمارے کائناتی قصے پر گہرا اثر پڑتا ہے۔ یہ کشیدگی نئی مشاہداتی مہمات (DESI, Euclid, Roman, CMB-S4) اور جدید نظریاتی ماڈلز کو جنم دیتی ہے، جو جدید کاسمولوجی کی متحرک نوعیت کو ظاہر کرتی ہے—جہاں درست ڈیٹا اور مسلسل انومالیز ہماری کوشش کو آگے بڑھاتی ہیں کہ ابتدائی اور موجودہ کائنات کو ایک مربوط تصویر میں یکجا کیا جائے۔

حوالہ جات اور مزید مطالعہ

Riess, A. G., et al. (2016). “ہبل کانسٹنٹ کی مقامی قیمت کا 2.4% تعین۔” The Astrophysical Journal, 826, 56.
پلینک کولیبریشن (2018). “پلینک 2018 کے نتائج۔ VI۔ کائناتی پیرامیٹرز۔” فلکیات و فلکی طبیعیات، 641، A6۔
Freedman, W. L., et al. (2019). “کارنیگی-شکاگو ہبل پروگرام۔ VIII۔ ریڈ جائنٹ برانچ کے ٹپ کی بنیاد پر ہبل کانسٹنٹ کا آزاد تعین۔” The Astrophysical Journal, 882, 34.
Verde, L., Treu, T., & Riess, A. G. (2019). “ابتدائی اور آخری کائنات کے درمیان کشیدگیاں۔” Nature Astronomy, 3, 891–895.
Knox, L., & Millea, M. (2020). “ہبل کانسٹنٹ ہنٹرز گائیڈ۔” Physics Today, 73, 38.

← پچھلا مضمون اگلا مضمون →

اوپر واپس جائیں

بلاگ پر واپس

ملک/علاقہ

زبان

H کی اہمیت0