ہیبل کانسٹنٹ کی پیمائش: کشمکش

مقامی اور ابتدائی کائنات کی پیمائشوں میں تضادات نئے کاسمولوجیکل سوالات کو جنم دیتے ہیں۔

H کی اہمیت₀

ہبل مستقل (H₀) کائنات کی موجودہ توسیعی رفتار 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:

1. یہ توسیع سے پیچھے جا کر کائنات کی عمر کا تعین کرتا ہے۔
2. یہ دیگر کائناتی پیمائشوں کے لیے فاصلہ پیمانہ کی پیمائش کرتا ہے۔
3. یہ کاسمولوجیکل پیرامیٹرز کی فٹنگ میں الجھنوں کو توڑنے میں مدد دیتا ہے (مثلاً مادے کی کثافت، تاریک توانائی کے پیرامیٹرز)۔

روایتی طور پر، ماہرین فلکیات H₀ کی پیمائش دو مختلف حکمت عملیوں سے کرتے ہیں:

• مقامی (فاصلے کی سیڑھی) طریقہ: پیرا لکس سے شروع کر کے سیفیڈز یا TRGB (ریڈ جائنٹ برانچ کی نوک) تک، پھر قسم Ia سپرنووا استعمال کرتے ہوئے، نسبتا قریبی کائنات میں براہ راست توسیعی رفتار حاصل کرنا۔
• ابتدائی کائنات کا طریقہ: منتخب شدہ کاسمولوجیکل ماڈل (ΛCDM) کے تحت کائناتی مائیکروویو پس منظر (CMB) کے ڈیٹا سے H₀ کا اندازہ لگانا، ساتھ ہی بیریون آکوستک کمپن 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 فی سیکنڈ فی میگا پارسیک) بمقابلہ کم CMB پر مبنی پیمائش (~67–68 کلومیٹر فی سیکنڈ فی میگا پارسیک)۔ اس تضاد کو " ہبل کشیدگی " 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 لکس اور پیمائش

مقامی فاصلے کی سیڑھی کی بنیاد نسبتاً قریبی ستاروں کے لیے پیرا لکس (مثلثی) ہے (گیا مشن، سیفیڈز کے لیے HST پیرا لکس وغیرہ)۔ پیرا لکس معیاری روشنی کے ماخذ جیسے سیفیڈ متغیر کے لیے مطلق پیمانہ طے کرتا ہے، جن کا مدت–روشنی کا تعلق اچھی طرح جانا جاتا ہے۔

2.2 سیفیڈز اور TRGB

• سیفیڈ متغیر: دور دراز کے نشانوں جیسے قسم Ia سپرنووا کی پیمائش کے لیے کلیدی مرحلہ۔ فریڈمین اور میڈور، رائس وغیرہ (SHoES ٹیم) نے مقامی سیفیڈ کی پیمائش کو بہتر بنایا۔
• ریڈ جائنٹ برانچ کی نوک (TRGB): ایک اور طریقہ کار دھات سے کم آبادیوں میں ہیلیم فلیش کے آغاز پر سرخ دیو کی روشنی کی شدت استعمال کرتا ہے۔ کارنیگی–شکاگو ٹیم (فریڈمین وغیرہ) نے کچھ مقامی کہکشاؤں میں تقریباً 1% درستگی سے پیمائش کی، جو سیفیڈز کا متبادل فراہم کرتی ہے۔

2.3 قسم Ia سپرنووا

جب میزبان کہکشاؤں میں سیفیڈز (یا TRGB) سپرنووا کی روشنی کی شدت کو بنیاد بناتے ہیں، تو سپرنووا کی دوری سیکڑوں Mpc تک ناپی جا سکتی ہے۔ سپرنووا کی ظاہری چمک کو حاصل شدہ مطلق روشنی سے موازنہ کر کے ہم فاصلے معلوم کرتے ہیں۔ ریڈ شفٹ سے حاصل شدہ دوری کے مقابلے میں انخلاء کی رفتار کا گراف مقامی طور پر H₀ دیتا ہے۔

2.4 مقامی پیمائشیں

ریئس وغیرہ (SHoES) عام طور پر H₀ ≈ 73–74 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک (تقریباً 1.0–1.5% غیر یقینی کے ساتھ) پاتے ہیں۔ فریڈمین وغیرہ (TRGB) کی قدریں تقریباً 69–71 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک ہوتی ہیں، جو ریئس سے کچھ کم لیکن پلانک 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 قریب ہوتی ہیں—جو پلانک کے تقریباً 67 سے زیادہ ہے۔

---

3. ابتدائی کائنات (CMB) کا طریقہ

3.1 ΛCDM ماڈل اور CMB

کائناتی مائیکروویو پس منظر (CMB) کی غیر یکسانیتیں جو WMAP یا پلانک نے ماپی ہیں، معیاری ΛCDM کائناتی 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 کا تخمینہ لگایا جاتا ہے۔

3.2 پلانک کی پیمائش

پلانک تعاون کے آخری ڈیٹا عام طور پر H₀ = 67.4 ± 0.5 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک (مخصوص پریئرز پر منحصر) دیتا ہے، 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 کی اہمیت کیوں ہے

اگر معیاری ΛCDM ماڈل درست ہے اور پلانک کے ڈیٹا میں نظامی مضبوطی 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 ممکن ہے کہ ابتدائی کائناتی ماڈل نامکمل ہو—نئی طبیعیات کائناتی توسیع کو متاثر کر رہی ہو یا کوئی اضافی رشتہ دار نوع یا ابتدائی تاریک توانائی 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 دھاتیت 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 بلند H₀ پر متفق ہیں، اگرچہ سیفائیڈ سے تھوڑا کم، لیکن پھر بھی پلانک سے زیادہ۔

4.2 CMB یا ΛCDM میں غیر شناخت شدہ نظامی غلطیاں؟

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

• وسیع نیوٹرینو طبیعیات یا ایک اضافی رشتہ دار نوع (N_eff)۔
• ابتدائی تاریک توانائی جو دوبارہ ملاپ کے قریب ہے۔
• غیر ہموار جیومیٹری یا وقت کے ساتھ تبدیل ہونے والی تاریک توانائی۔

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

4.3 دو مختلف ہبل مستقل؟

کچھ کا کہنا ہے کہ کم ریڈ شفٹ پر توسیع کی رفتار عالمی اوسط سے مختلف ہو سکتی ہے اگر بڑے مقامی ڈھانچے یا غیر یکسانیتیں (جیسے "ہبل ببل") موجود ہوں، لیکن متعدد سمتوں سے ڈیٹا، دیگر کائناتی پیمانے، اور عمومی یکسانیت کا مفروضہ ایک اہم مقامی خلاء 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:

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

اب تک، یہ عام طور پر H کی حمایت کرتے ہیں₀ ہائی 60s سے لو 70s کے دائرے میں، سب ایک ہی بالکل ویلیو پر متفق نہیں، لیکن عام طور پر 67 سے اوپر۔ لہٰذا، کوئی بھی آزاد طریقہ کشیدگی کو ختم نہیں کر سکا۔

5.2 DES، DESI، یُوکلِڈ سے مزید ڈیٹا

مختلف ریڈ شفٹ پر ماپا گیا BAO H(z) کو دوبارہ تعمیر کر سکتا ہے تاکہ یہ 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 پلانک کے ساتھ اعلی z پر میل کھاتے ہوئے مقامی H₀ کو زیادہ کرے، 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 گائیا ڈیٹا کے ذریعے پیرا لیکس کیلیبریشنز کو بہتر بنا رہی ہیں، سیفیڈ زیرو پوائنٹس کو بہتر کر رہی ہیں، اور سپرنووا فوٹومیٹری میں نظاماتی غلطیوں کی دوبارہ جانچ کر رہی 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 کے ساتھ z = 1100 سے اب تک مطابقت رکھتا 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 پر ساخت کی پیش گوئیاں کہکشاں کے کلسٹرنگ ڈیٹا، BAOs، اور لینسنگ کے ساتھ مطابقت رکھتی ہیں۔

6.2 اگر لوکل سیڑھی 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 پری-ریکمبینیشن توسیع کو تیز کرتی ہے، چوٹی کے زاویے بدلتی ہے جس سے پلانک کی بنیاد پر H₀ کی تشخیص کم ہو جاتی ہے۔
• اضافی ریلیٹیوسٹک ڈگریز آف فریڈم یا نئی نیوٹرینو فزکس۔
• ایک فلیٹ، خالص ΛCDM کائنات کے مفروضے کا ٹوٹنا۔

ایسی نئی طبیعیات کشیدگی کو حل کر سکتی ہے مگر اس کے لیے زیادہ پیچیدہ ماڈلز کی ضرورت ہو سکتی ہے، 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 پھیلاؤ 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 پھیلاؤ کے مقامی مشاہدات کو ابتدائی کائنات کے فریم ورک سے جوڑتی ہے۔ موجودہ طریقے دو مختلف نتائج دیتے ہیں:

1. مقامی فاصلے کی سیڑھی (سیفیڈز، TRGB، SNe کے ذریعے) عام طور پر H₀ ≈ 73 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک دیتی ہے۔
2. CMB پر مبنی ΛCDM فٹ، پلانک ڈیٹا استعمال کرتے ہوئے، H₀ ≈ 67 کلومیٹر/سیکنڈ/میگا پارسیک دیتی ہے۔

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-ریڈ شفٹ 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۔

دونوں نتائج ہماری کائناتی کہانی کو گہرائی سے تشکیل دیتے ہیں۔ یہ کشیدگی نئی مشاہداتی مہمات (DESI, Euclid, Roman, CMB-S4) اور جدید نظریاتی ماڈلز کو تحریک دیتی ہے، جو جدید کاسمولوجی کی متحرک نوعیت کو ظاہر کرتی ہے—جہاں درست ڈیٹا اور مستقل انومالیز ہماری کوشش کو آگے بڑھاتے ہیں کہ ابتدائی اور موجودہ کائنات کو ایک مربوط تصویر میں یکجا کیا جائے۔

---

حوالہ جات اور مزید مطالعہ

1. Riess, A. G., et al. (2016). "ہبل کانسٹنٹ کی مقامی قیمت کا 2.4٪ تعین۔" The Astrophysical Journal, 826, 56.
2. Planck Collaboration (2018). "Planck 2018 کے نتائج۔ VI. کاسمولوجیکل پیرامیٹرز۔" Astronomy & Astrophysics, 641, A6.
3. 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.
4. Verde, L., Treu, T., & Riess, A. G. (2019). "ابتدائی اور آخری کائنات کے درمیان کشیدگیاں۔" Nature Astronomy, 3, 891–895.
5. Knox, L., & Millea, M. (2020). "ہبل کانسٹنٹ ہنٹرز گائیڈ۔" Physics Today, 73, 38.

 

← پچھلا مضمون                    اگلا مضمون →

 

• کائناتی پھیلاؤ: نظریہ اور شواہد 
• کائناتی جال: ریشے، خالی جگہیں، اور سپر کلسٹرز 
• کائناتی مائیکروویو پس منظر کی تفصیلی ساخت
• بیریون صوتی ارتعاشات 
• ریڈ شفٹ سروے اور کائنات کا نقشہ 
• ثقلی عدسہ سازی: ایک قدرتی کائناتی دوربین 
• ہبل مستقل کی پیمائش: کشیدگی 
• تاریک توانائی کے سروے 
• غیر یکسانیتیں اور غیر ہم آہنگیاں 
• موجودہ مباحثے اور زیر التوا سوالات 

 

اوپر واپس