एक्सिस ऑफ एविल: कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड में एक अजीब पैटर्न

पूरे आकाश की कल्पना एक अकेली, धीमे-धीमे चमकती तस्वीर के रूप में कीजिए, जो तब खींची गई थी जब ब्रह्मांड महज 3,80,000 साल पुराना था। वह तस्वीर सचमुच मौजूद है। इसे कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) कहते हैं — यह वह सबसे पुराना प्रकाश है जिसे हम देख सकते हैं, और साठ वर्षों से यह समूचे विज्ञान में सबसे अधिक बारीकी से जाँची गई छवियों में से एक रहा है। कॉस्मोलॉजी के मानक मॉडल (standard model of cosmology) के अनुसार, उस प्रकाश में मौजूद बड़े पैमाने के पैटर्न यादृच्छिक (random) और दिशाहीन होने चाहिए — पूरे आकाश में बिना किसी पसंदीदा दिशा के छितराए हुए। फिर भी, उस प्राचीन चमक की सबसे विशाल, सबसे चिकनी विशेषताओं के भीतर छिपी हुई एक चीज़ कई शोध-दलों को मिली, जो शक पैदा करने वाले ढंग से एक रेखा जैसी दिखती है। कॉस्मोलॉजिस्ट केट लैंड (Kate Land) और जोआओ मैगुइजो (João Magueijo) ने 2005 में इसे एक यादगार, और केवल आधे-गंभीर अर्थ में, नाम दिया: "एक्सिस ऑफ एविल" (axis of evil)।

यह मुख्यधारा के खगोलभौतिकी (astrophysics) में एक वास्तविक, प्रलेखित पहेली है, जिस पर पीयर-रिव्यू जर्नलों में और नासा के WMAP तथा यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (European Space Agency) के Planck मिशनों के आधिकारिक विश्लेषणों में बहस होती रही है। यह एलियंस, किसी सोच-समझकर बनाई गई रचना (design), या छिपे हुए संदेशों का दावा नहीं है। यह एक सच्चा खुला सवाल है कि क्या कॉस्मोलॉजी की सबसे गहरी मान्यताओं में से एक पूरी तरह सही है। आइए, जो ठोस रूप से स्थापित है उसे उससे अलग करें जो अभी अज्ञात बना हुआ है।

प्रलेखित तथ्य

CMB का तापमान जगह-जगह बेहद छोटी मात्राओं में बदलता है, और कॉस्मोलॉजिस्ट इन उतार-चढ़ावों को विभिन्न आकारों के पैटर्नों में विभाजित करते हैं, जिन्हें "मल्टीपोल" (multipoles) कहते हैं। दो सबसे बड़े पैमाने के पैटर्न हैं — क्वाड्रुपोल (quadrupole: चार पालियों वाला पैटर्न, जिसे ℓ=2 कहते हैं) और ऑक्टुपोल (octupole: आठ पालियों वाला पैटर्न, ℓ=3)। ऐसे ब्रह्मांड में जो हर दिशा में सांख्यिकीय रूप से एक जैसा दिखता है — यानी "सांख्यिकीय समदिशता" (statistical isotropy) के सिद्धांत के अनुसार — इन पैटर्नों की दिशाओं को व्यावहारिक रूप से यादृच्छिक और एक-दूसरे से असंबंधित होना चाहिए (Schwarz et al., CMB Anomalies after Planck, 2016)।

वे यादृच्छिक नहीं हैं। 2005 में, लैंड और मैगुइजो ने Physical Review Letters में बताया कि क्वाड्रुपोल और ऑक्टुपोल के अक्ष (axes) इतने करीब से संरेखित हैं जितना संयोग से संभव नहीं होना चाहिए, और यह संरेखण और भी ऊँचे मल्टीपोलों तक फैलता हुआ दिखता है, और उनके विश्लेषण में यह "99.9% से अधिक प्रायिकता के साथ सांख्यिकीय समदिशता को खारिज करता है" (Land & Magueijo, Phys. Rev. Lett. 95, 071301, 2005)। डोमिनिक श्वार्ज़ (Dominik Schwarz), ग्लेन स्टार्कमैन (Glenn Starkman) और उनके सहयोगियों के पहले के काम ने इससे भी अजीब कुछ देख लिया था: क्वाड्रुपोल और ऑक्टुपोल के तल (planes) न केवल आपस में संरेखित हैं, बल्कि वे मोटे तौर पर हमारे अपने सौरमंडल के भीतर मौजूद संरचनाओं की ओर भी इशारा करते हैं — क्रांतिवृत्त तल (ecliptic plane: पृथ्वी की कक्षा का तल), विषुवों (equinoxes) की दिशा, और कॉस्मोलॉजिकल द्विध्रुव (cosmological dipole)। उन्होंने इस संयोग के विभिन्न हिस्सों की संभावना लगभग 0.1% से 0.9% तक आँकी (Schwarz et al., Planck विसंगति साहित्य में संक्षेपित)।

पहले माप नासा के विल्किंसन माइक्रोवेव एनिसोट्रॉपी प्रोब (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP) से आए, जो 2003 से जारी होना शुरू हुए। निर्णायक बात — और वह वजह जिसके कारण वैज्ञानिक ध्यान देते रहे — यह है कि जब एक पूरी तरह से स्वतंत्र उपकरण ने देखा तो भी यह संरेखण गायब नहीं हुआ। ESA के Planck उपग्रह ने, अलग डिटेक्टरों और अलग अवलोकन रणनीति के साथ, उन्हीं बड़े पैमाने की विशेषताओं की पुष्टि की। जैसा कॉस्मोलॉजिस्ट डोमिनिक श्वार्ज़ ने बाद में कहा, "लंबे समय तक समुदाय का एक हिस्सा यह उम्मीद कर रहा था कि यह खत्म हो जाएगा, लेकिन ऐसा नहीं हुआ" (विकिपीडिया पर अवलोकन, Axis of evil (cosmology)))।

एक्सिस ऑफ एविल अकेला भी नहीं है। Planck के आधिकारिक विश्लेषण में संबंधित बड़े पैमाने की कई विचित्रताओं का एक समूह सूचीबद्ध है: बहुत बड़े कोणीय पैमानों पर सहसंबंध (correlation) की एक चौंकाने वाली कमी, एक "अर्धगोलीय असममिति" (hemispherical asymmetry) जिसमें आकाश का एक आधा हिस्सा दूसरे की तुलना में थोड़ी अधिक शक्ति वहन करता है (लगभग 7% का अंतर), दक्षिणी आकाश में एक असामान्य रूप से बड़ा "कोल्ड स्पॉट" (Cold Spot), और स्वयं मल्टीपोल संरेखण। अलग-अलग देखें तो, इनमें से प्रत्येक का उद्धृत महत्व मानक स्फीतिकारी (inflationary) ΛCDM मॉडल के सापेक्ष "प्रति हज़ार से प्रति सौ के स्तर पर" है — यानी प्रत्येक अपेक्षा से मोटे तौर पर 0.1% से 1% का विचलन है (Schwarz et al., 2016)।

असली खुला सवाल

यहाँ मामले की ईमानदार जड़ है, और वही जगह जहाँ सावधान वैज्ञानिक सतर्क हो जाते हैं। गहरा सवाल यह है कि क्या एक्सिस ऑफ एविल ब्रह्मांड की एक वास्तविक विशेषता है — एक संकेत कि अंतरिक्ष हर दिशा में बिल्कुल एक जैसा नहीं है, जो आधुनिक कॉस्मोलॉजी की एक आधारशिला मान्यता का खंडन करता है — या फिर यह दुर्भाग्य, उपकरण-संबंधी प्रभावों, और पैटर्न खोज लेने की मानवीय प्रवृत्ति के किसी मेल से पैदा हुई एक सांख्यिकीय मृगतृष्णा है।

सतर्कता का सबसे बड़ा कारण है "लुक-एल्सव्हेयर इफेक्ट" (look-elsewhere effect), जिसे ए पोस्टीरियरी (a posteriori) समस्या भी कहते हैं। हमारे पास अवलोकन के लिए केवल एक आकाश है, और हमने ये संरेखण घटना के बाद देखे — डेटा को जाँचकर और यह पूछकर कि सबसे असामान्य दिखने वाली विशेषताएँ कितनी असामान्य थीं। जब आप किसी समृद्ध डेटासेट में किसी भी आश्चर्यजनक चीज़ की तलाश करते हैं, तो आपको लगभग निश्चित रूप से कुछ ऐसा मिल ही जाएगा जो अलग से देखने पर असंभाव्य लगता है। ESA का अपना Planck 2018 समदिशता पेपर बार-बार इस पर ज़ोर देता है: हालाँकि यह बड़े कोणीय पैमानों पर "कई तथाकथित 'विसंगतियों' की मौजूदगी" की पुष्टि करता है, यह CMB को मोटे तौर पर "ΛCDM कॉस्मोलॉजिकल मॉडल की गॉसियन भविष्यवाणियों के अनुरूप" भी पाता है, और बताता है कि ए पोस्टीरियरी चयन का उचित हिसाब लगाने से किसी भी अकेली विशेषता का महत्व तेज़ी से घट जाता है (Planck 2018 results VII, Isotropy and Statistics of the CMB)।

इसलिए यह क्षेत्र एक वास्तविक और अनसुलझे तनाव में बैठा है। ये विसंगतियाँ दो स्वतंत्र उपग्रहों पर दोहराई जा सकती हैं, जो साधारण माप-त्रुटि के विरुद्ध तर्क देता है। लेकिन एक बार जब आप यह सुधार करते हैं कि आप जान-बूझकर खोज रहे थे, तो इनका सांख्यिकीय महत्व मामूली रह जाता है — कभी भी उस "5-सिग्मा" स्वर्ण मानक तक नहीं पहुँचता जिसकी किसी खोज के लिए भौतिकशास्त्री माँग करते हैं। और महत्वपूर्ण बात यह है कि Planck को इन तापमान विसंगतियों का कोई स्पष्ट समकक्ष CMB के ध्रुवीकरण (polarization) में नहीं मिला — एक ऐसा स्वतंत्र डेटासेट जो किसी सच्चे ब्रह्मांडीय उद्गम की पुष्टि कर सकता था (Planck 2018 results VII)। संक्षेप में, यह रहस्य अभी तक किसी भी दिशा में सुलझा नहीं है।

सिद्धांत और व्याख्याएँ (अटकल के रूप में चिह्नित)

चूँकि सवाल खुला है, इसलिए कई स्पष्टीकरण अभी भी विचाराधीन हैं। नीचे दी गई बातें सक्रिय बहस में चल रही व्याख्याएँ हैं, तय किए गए निष्कर्ष नहीं।

यह एक सांख्यिकीय इत्तेफ़ाक है। सबसे रूढ़िवादी पाठ यह है कि हमने बस असंभाव्य पासा फेंक दिया। CMB के सबसे बड़े पैमाने के पैटर्न "कॉस्मिक वेरिएंस" (cosmic variance) के अधीन हैं — केवल एक अवलोकनीय ब्रह्मांड होने के कारण, चंद सबसे बड़ी विशेषताएँ स्वभावतः अनिश्चित होती हैं, और 1000 में 1 का संयोग कहीं न कहीं होना ही है। WMAP के प्रमुख अन्वेषक (principal investigator) चार्ल्स बेनेट (Charles Bennett) ने इस उत्साह का बड़ा हिस्सा "संयोग और मानवीय मनोविज्ञान" को बताया है (विकिपीडिया सारांश))।

यह एक स्थानीय या उपकरण-संबंधी कृत्रिम प्रभाव है। चूँकि संरेखण आंशिक रूप से सौरमंडल की संरचनाओं की ओर इशारा करता है, इसलिए कुछ शोधकर्ताओं को संदेह है कि अपूर्ण रूप से हटाया गया अग्रभूमि उत्सर्जन (foreground emission) — हमारी आकाशगंगा से या यहाँ तक कि सौरमंडल के भीतर मौजूद धूल से — इसका कारण है, या फिर डेटा-प्रसंस्करण के दौरान आकाश को कैसे "मास्क" किया जाता है उसके सूक्ष्म प्रभाव। 2016 के एक अध्ययन में पाया गया कि मास्किंग के विकल्प इस अक्ष को सांख्यिकीय रूप से महत्वहीन बना सकते हैं (Planck विसंगति साहित्य में चर्चा)। यदि हमारे स्थानीय परिवेश से जुड़ा कोई संदूषक (contaminant) मानचित्रों में रिस रहा है, तो हो सकता है कि यह "अक्ष" आंशिक रूप से हमारे बारे में हो, ब्रह्मांड के बारे में नहीं।

यह सचमुच नई भौतिकी है। सबसे लुभावनी संभावना — और जिसे सबसे अधिक सावधानी से लेना चाहिए — यह है कि संरेखण आरंभिक ब्रह्मांड के बारे में किसी वास्तविक चीज़ को दर्शाता है: एक धुँधली बड़े पैमाने की असमदिशता (anisotropy), कॉस्मिक स्फीति (cosmic inflation) की कोई विदेशी विशेषता, या स्वयं अंतरिक्ष की असामान्य संस्थिति (topology)। श्वार्ज़ और सहयोगियों का तर्क है कि संयुक्त, प्रमाणित रूप से असंबंधित विसंगतियाँ "सांख्यिकीय समदिशता और स्केल अपरिवर्तनीयता (scale invariance) के उल्लंघन" का संकेत देती हैं, जिसकी मानक मॉडल भविष्यवाणी नहीं करता (Schwarz et al., 2016)। यदि यह सच हुआ, तो यह एक गहरा सुराग होगा। लेकिन असाधारण दावों को उस तरह की स्वतंत्र पुष्टि की ज़रूरत होती है, जो अब तक ध्रुवीकरण डेटा ने नहीं दी है।

फिलहाल, एक्सिस ऑफ एविल बिल्कुल वही बना हुआ है जो अच्छे रहस्यों को होना चाहिए: एक प्रलेखित, पुनरुत्पादनीय पैटर्न जिसे न तो कोई अभी तक पूरी तरह खारिज कर पाया है — और न ही पूरी तरह समझा पाया है। भविष्य के मानचित्र, विशेष रूप से अगली पीढ़ी के प्रयोगों से प्राप्त CMB ध्रुवीकरण के मानचित्र, आख़िरकार हमें बता सकते हैं कि सबसे पुराने प्रकाश में मौजूद यह रेखा आरंभिक ब्रह्मांड का संदेश है या उस एकमात्र आकाश की कोई चालाकी है जिसमें संयोगवश हम रहते हैं।

स्रोत और आगे पढ़ने के लिए

• Land, K. & Magueijo, J., "The Axis of Evil," Physical Review Letters 95, 071301 (2005) — arXiv:astro-ph/0502237
• Schwarz, D. J., Copi, C. J., Huterer, D. & Starkman, G. D., "CMB Anomalies after Planck," Classical and Quantum Gravity 33, 184001 (2016) — arXiv:1510.07929
• Planck Collaboration, "Planck 2018 results. VII. Isotropy and Statistics of the CMB" — arXiv:1906.02552
• "Axis of evil (cosmology)," विकिपीडिया अवलोकन — en.wikipedia.org)

स्रोत और आगे पढ़ने के लिए

• Land & Magueijo, 'The Axis of Evil,' Phys. Rev. Lett. 95, 071301 (2005), arXiv:astro-ph/0502237 — https://arxiv.org/abs/astro-ph/0502237
• Schwarz, Copi, Huterer & Starkman, 'CMB Anomalies after Planck,' Class. Quantum Grav. 33, 184001 (2016), arXiv:1510.07929 — https://arxiv.org/abs/1510.07929
• Planck Collaboration, 'Planck 2018 results. VII. Isotropy and Statistics of the CMB,' arXiv:1906.02552 — https://arxiv.org/abs/1906.02552
• Wikipedia, 'Axis of evil (cosmology)' — https://en.wikipedia.org/wiki/Axis_of_evil_(cosmology)