3.21 جھرمٹوں کا ادغام (کہکشانی تصادمات)

ہوم ／ باب3: کثیفہ پیمانے پر کائنات

کہکشانی جھرمٹوں کا ادغام — جسے عام طور پر “کہکشانی تصادمات” کہا جاتا ہے — ایسا عمل ہے جس میں دو یا زیادہ جھرمٹ ایک دوسرے سے گزرتے اور اپنی ساخت نو تشکیل دیتے ہیں۔ اس حصے میں بنیادی مشاہدات اور وابستہ سوالات کو سمیٹا گیا ہے، پھر دو تشریحی راستوں کا تقابل پیش کیا گیا ہے: معاصر خطِ اساس (سرد سیاہ مادہ بمع مستقلِ کائنات ΛCDM + عمومی اضافیت) اور توانائی فلیمینٹ نظریہ (EFT)، جو کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل (STG)، کھنچاؤ بردہ شور (TBN)، منبعّی چارچوب میں سرخی کی منتقلی (TPR) اور راہ کے ماحول کی از سرِ نو نقشہ بندی (PER) کو بطور اوزار استعمال کرتا ہے۔ مختصراً، پہلا نقطۂ نظر ایک “غیر مرئی کھلاڑی” (سیاہ مادہ) شامل کرتا ہے، جبکہ توانائی فلیمینٹ نظریہ “اسٹیج کی فرش” — یعنی کھنچاؤ کے مناظر — کو واقعات کے مطابق حرکی و شماریاتی ردِعمل دینے دیتا ہے، جس سے مادّے اور روشنی کی حرکت ڈھلتی ہے۔

I. دو مجموعی طریقِ کار (سب سے پہلے بنیادی موقف واضح)

1. معاصر طبیعیات (ΛCDM + عمومی اضافیت)
   • کائنات میں ایک قریباً غیر متصادم اور غیر مرئی جزو موجود ہے (“سیاہ مادہ”)۔
   • ادغام کے دوران سیاہ مادہ کے ہالوز اور کہکشائیں بڑی حد تک ایک دوسرے سے گزر جاتی ہیں؛ گرم گیس ٹکراتی، سست ہوتی اور گرم تر بنتی ہے، چنانچہ کششی عدسہ بندی سے اخذ شدہ کمیت کے عروج اور گیس کے ایکس رے عروج میں مکانی تفریق نمودار ہوتی ہے۔
   • کششِ ثقل عمومی اضافیت کے مطابق ہوتی ہے؛ کثیر بینڈی اشارات (X/SZ، ریڈیو، عدسہ بندی) کو آگے کی سمت اس طور ماڈل کیا جا سکتا ہے کہ “سیاہ مادہ + (مَگنیٹو) ہائیڈروڈائنامکس”۔
2. توانائی فلیمینٹ نظریہ کا راستہ
   • ابتدائی اور آخری کائنات دونوں “توانائی کے سمندر” میں ڈوبی ہیں جن کی ساخت کھنچاؤ اور دباؤ کی بھوگولیات طے کرتی ہے۔ بڑے پیمانے پر زائد کششی اثرات کی وضاحت کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل (STG) سے کی جاتی ہے۔
   • ادغام کی “شدّت” (صدمہ موجیں، قاطع قص، اور تلاطم) شرطی طور پر کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل کے ردِعمل کو بدل دیتی ہے اور کھنچاؤ بردہ شور (TBN) باریک بناوٹوں کی صورت ریکارڈ کرتا ہے۔
   • زمین پر ناپی جانے والی سرخیِ منتقلی–فاصلہ نسبت میں منبعّی چارچوب میں سرخی کی منتقلی (TPR) اور راہ کے ماحول کی از سرِ نو نقشہ بندی (PER) دونوں کی شرکت ہو سکتی ہے؛ ہر مظہر کو ایک ہی “توسیعی ہندسے” سے لازم نہیں سمجھنا چاہیے۔

II. نمایاں مشاہداتی “انگوٹھے کے نشان” اور ماڈل سازی کی آزمائشیں (نکتہ بہ نکتہ)

ذیل میں آٹھ خصوصیات دی جا رہی ہیں جو ادغامی جھرمٹوں میں اکثر دکھائی دیتی اور ماڈلز کو سخت جانچتی ہیں۔ ہر نکتہ کی ساخت یہ ہے: “مظہر/چیلنج → معاصر تعبیر → کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل/کھنچاؤ بردہ شور/منبعّی چارچوب میں سرخی کی منتقلی/راہ کے ماحول کی از سرِ نو نقشہ بندی کے مطابق تعبیر”۔

1. عدسہ بندی کی کمیت کی چوٹی اور گیس کی ایکس رے چوٹی میں عدم تطابق (κ–X ہٹاؤ)
   • مظہر/چیلنج: “بلٹ نما” نظاموں میں کمزور/طاقتور عدسہ بندی سے بحال شدہ کمیت کی چوٹیاں ایکس رے روشنی/درجہ حرارت کی چوٹیوں سے نہیں ملتیں؛ کہکشانی روشنی کی چوٹیاں کمیت کے قریب تر ہوتی ہیں۔ “کششِ غالب” ساختیں گرم متصادم گیس سے اتنی واضح طور پر کیوں جدا ہو جاتی ہیں؟
   • معاصر تعبیر: سیاہ مادہ اور کہکشائیں کم و بیش غیر متصادم ہیں اور گزر جاتی ہیں؛ گرم گیس ٹکرا کر سست اور گرم ہو جاتی ہے، لہٰذا پیچھے رہتی ہے۔ یہ مکانی علیحدگی بڑے غیر متصادم کمیتی جزو کا طبعی نتیجہ ہے۔
   • توانائی فلیمینٹ نظریہ: شدت کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل کی سمتی ردِعملی کور کو ادغامی محور کے ساتھ بڑھاتی اور یادداشت/تاخیر داخل کرتی ہے؛ گیس سے کٹے خطوں میں “زیادہ گہرا شماریاتی پوٹینشل” بنتا ہے جو منظم κ–X ہٹاؤ کے طور پر دکھتا ہے۔
   • کنٹرول نکات: ہٹاؤ کی مقدار “شدتی اشاریوں” (مثال کے طور پر صدمہ قوت، ریڈیو سپیکٹرل انڈیکس کا گرادیئنٹ، ایکس رے میں کثیر درجہ حرارت پھیلاؤ) کے ساتھ یک سمتی بدلے اور مرکزوں کے گزرنے کے بعد مخصوص زمانی مستقل پر سکون میں لوٹے۔
2. قوسی صدمہ موجیں اور “سرد محاذ” (گیس کی تند ساختیں)
   • مظہر/چیلنج: ایکس رے نقشوں میں قوسی صدمے (درجہ حرارت/کثافت کی اچانک چھلانگیں) اور نہایت تیز سرد محاذ عام ہیں۔ مقام، شدت اور ہندسے کو ساتھ کیسے سمجھایا جائے؟
   • معاصر تعبیر: تیز گزر kinetic توانائی کو داخلی حرارت میں بدل کر صدمے بناتا ہے؛ قاطع قص اور مقناطیسی “ڈریپنگ” سرد محاذ تراشتے ہیں۔ تفصیلات کا دارومدار لزوجت، موصلیتِ حرارت اور مقناطیسی دباؤ پر ہے۔
   • توانائی فلیمینٹ نظریہ: صدمہ/قص صرف گرم نہیں کرتے بلکہ مقامی طور پر کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل کو بھی فیڈ کرتے ہیں، جبکہ کھنچاؤ بردہ شور عدمِ توازن کی “کھردری” محفوظ کرتا ہے۔ نتیجتاً صدمہ ناملز عدسہ بندی کے محوری بیضویت سے زیادہ ہم رخ ہوتے ہیں اور سرد محاذ کے نزدیک شماریاتی پوٹینشل کی “پچر نما گہرائی” نمودار ہوتی ہے۔
   • کنٹرول نکات: صدمہ ناملز–عدسہ بندی کونٹورز ہم رخ شماریات؛ محاذوں کے عمودی پروفائلز میں توانائی کا حساب کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل کے اضافے کے مطابق ہو۔
3. ریڈیو باقیات اور مرکزی ہیلو (غیر حراری باز گشت)
   • مظہر/چیلنج: بہت سے ادغامی جھرمٹ کناروں پر بلند قطبیت کی قوسی ریڈیو باقیات اور مرکز کے پاس پھیلے ہوئے ریڈیو ہیلو دکھاتے ہیں۔ باقیات اکثر صدموں کے ساتھ کیوں ہم جگہ ہوتی ہیں اور (پھر)تعجیل کی کارکردگی کہاں سے آتی ہے؟
   • معاصر تعبیر: صدمہ/تلاطم الیکٹرانز کو (پھر)تیز کرتے ہیں؛ مقناطیسی میدان کھنچتے اور مضبوط ہوتے ہیں؛ باقیات صدمہ کناروں کے ساتھ، ہیلو تلاطم کے ساتھ جڑے ہوتے ہیں۔
   • توانائی فلیمینٹ نظریہ: کھنچاؤ بردہ شور خرد مقیاسی جھٹکے اور غیر گاؤسی “دمیں” مہیا کر کے ری ایکسلریشن کی دہلیز گھٹاتا ہے؛ کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل شدتی خطوں کو زیادہ وزن دیتی ہے، یوں باقیات کے محوری رخ کو عدسہ بندی کی مرکزی محوری سمت کے مطابق کرنا آسان ہوتا ہے۔
   • کنٹرول نکات: قطبیت کی سمت اور مرکزی محوری عدسہ بندی کے درمیان زاویہ جاتی توزیع؛ سپیکٹرل انڈیکس کے گرادیئنٹس — شدت اشاریوں اور کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل میں اضافے سے متوقع۔
4. ہئیتی خاکہ: دوہری چوٹیاں، لمبانہ، محوری پیچ اور بلند مرتبی ملٹی پول
   • مظہر/چیلنج: عدسہ بندی کی کنورجنس/شیئر اکثر ادغامی محور کے رخ دوہری چوٹیاں یا لمبانہ دکھاتی ہے، ساتھ ہی قابلِ پیمائش بیضویت، محوری پیچ اور بلند مراتب ملٹی پول۔ یہ “ہندسی باریکیاں” ماڈل کور کی شکل کے لیے حساس ہوتی ہیں۔
   • معاصر تعبیر: ہندسه دو سیاہ مادہ ہالوز کی جمع سے طے ہوتا ہے؛ سخت قیود ہالوز کی دوری، کمیتی تناسب اور خطِ نظر کے زاویے سے آتے ہیں۔
   • توانائی فلیمینٹ نظریہ: کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل کا غیر متساوی کور ادغامی محور کے ساتھ “سخت” ہے، لہٰذا ایک ہی پیرا میٹر سیٹ بیضویت، محوری پیچ اور m=2/m=4 طاقت نسبت کو بیک وقت دُہرا سکتا ہے۔
   • کنٹرول نکات: مختلف نظاموں میں اسی پیرا میٹر سیٹ کی بازیافت؛ اگر “بیضویت—پیچ—ملٹی پول نسبت” برقرار رہے تو کور کی سمتی خاصیت کی تائید ہوتی ہے۔
5. اراکین کہکشاؤں کی رفتاروں میں دوہری چوٹیاں اور سنیاایو–زیلدووِچ اثرِ حرکی
   • مظہر/چیلنج: اراکین کہکشاؤں کی سرخیِ منتقلی عموماً دو چوٹیوں پر مشتمل ہوتی ہے — جاری “کششِ رسہ کشی” کی علامت؛ سنیاایو–زیلدووِچ اثرِ حرکی (kSZ) خطِ نظر کے ساتھ کُل بہاؤ ظاہر کر سکتا ہے۔ اصل مشکل مرحلہ بندی ہے (مرکز گزری سے پہلے؟ بعد؟ محض گذر؟ واپسی؟)۔
   • معاصر تعبیر: رفتار کی توزیع، عدسہ بندی/ایکس رے ہئیت اور صدمہ مقام کو سمولیاتی سانچوں سے ملا کر مرحلہ اخذ کیا جاتا ہے۔
   • توانائی فلیمینٹ نظریہ: یکساں ہندسه میں یادداشت/تاخیر اضافی پیمانہ دیتی ہے: مرکز گزری کے فوراً بعد κ–X ہٹاؤ بڑا ہونا چاہیے اور پھر مخصوص زمانی مستقل پر کم ہونا چاہیے۔
   • کنٹرول نکات: آبادیاتی سطح پر κ–X کو “دو رفتار چوٹیوں کے فاصلہ + صدمہ مقام” کے مقابل رکھ کر دیکھیں کہ آیا ریلکسیشن خطوط ایک تنگ زمانی بینڈ میں مجتمع ہوتے ہیں یا نہیں۔
6. توانائی بندش: حرکی → حراری/غیر حراری (کیا “کتابیں” بند ہوتی ہیں؟)
   • مظہر/چیلنج: اصولاً ادغام میں ضائع شدہ حرکی توانائی X/SZ کے حراری اور ریڈیو کے غیر حراری چینلز میں ملنی چاہیے؛ مگر بعض نظاموں میں کارکردگی اور “کمی” کے اندازے مختلف ہوتے ہیں۔
   • معاصر تعبیر: فرق کو مائیکرو فزکس (لزوجت، موصلیتِ حرارت، مقناطیسی دباؤ، الیکٹران–آئن بے توازنی) اور پروجیکشن اثرات سے منسوب کیا جاتا ہے۔
   • توانائی فلیمینٹ نظریہ: ان کو بطور prior لیں اور کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل کے کور پر بقائی قیود (مثلاً صدمہ نامل پر توانائی کی چھلانگیں) واضح طور پر نافذ کریں؛ اگر خلا پُر کرنے کو مزید درجاتِ آزادی چاہییں تو اسے کامیابی نہیں، کمزوری سمجھا جائے۔
   • کنٹرول نکات: ایک ہی نظام میں X+SZ (حراری) اور ریڈیو (غیر حراری) کے لیے مشترک توانائی رجسٹر؛ اگر کور کی ٹیوننگ توازن بگاڑے تو از سرِ نو کالیبریشن درکار ہے۔
7. پروجیکشن اور ہندسی ابہام کھولنا (“دو چوٹیوں جیسا نظر آنا”)
   • مظہر/چیلنج: خطِ نظر کے زاویے اور ٹکراؤ کے پیرامیٹرز پر سخت انحصار ایک چوٹی کو “دو” دکھا سکتا ہے یا ہٹاؤ بڑھا/کم کر سکتا ہے۔ کثیر موڈی مشترک استنباط مفید ہے مگر ہمیشہ آسان نہیں۔
   • معاصر تعبیر: عدسہ بندی (شیئر فیلڈ)، X/SZ پروفائلز اور اراکین کی حرکیات یکجا کر کے ابہام توڑا جاتا ہے، بڑے نمونوں کی شماریات کی مدد سے۔
   • توانائی فلیمینٹ نظریہ: براہِ راست مشاہداتی سطح پر متوازی آگے کی سمت ماڈلنگ کی حوصلہ افزائی کریں (شیئر فیلڈ کو پہلے ماس میپ میں مقفل نہ کریں): ایک شاخ ΛCDM + عمومی اضافیت اور ایک شاخ توانائی فلیمینٹ نظریہ بمع کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل/کھنچاؤ بردہ شور، ایک ہی likelihood کے تحت؛ تعصب کے بغیر بقیات نقشے اور معلوماتی معیار کا تقابل کریں۔
   • کنٹرول نکات: ایک ہی آسمانی قطعہ، ایک ہی ڈیٹا، ایک ہی پیرا میٹر شمار — کیا دونوں شاخیں برابر بقیاتی سطح تک “دب” سکتی ہیں؟
8. نمونوں کے درمیان قابلِ تکراریت اور پیمانوں کے درمیان ربط
   • مظہر/چیلنج: “بلٹ کلسٹر” میں کامیابی “ایل گورڈو” یا دوسری ہئیتوں میں کامیابی کی ضامن نہیں؛ کم سرخیِ منتقلی پر تعبیریں ابتدائی کائناتی پیمانوں مثلاً کونیاتی مائیکروویو پس منظر (CMB) اور بریونیائی صوتی ارتعاشات (BAO) سے ہم ساز ہونی چاہییں۔
   • معاصر تعبیر: یہی اس کی قوت ہے — پیمانوں میں بڑی حد تک بند لوپ: CMB کی صوتی چوٹیوں سے لے کر BAO کی پیمانہ رُول تک، پھر کمزور عدسہ بندی اور سرخیِ منتقلی فضا میں افزائشی شرحوں تک، اور آخر میں ادغامات کی ہئیت و توانیات تک۔
   • توانائی فلیمینٹ نظریہ: کھنچاؤ بردہ شور کو ابتدائی “رولر” طے کرنا اور کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل کو آخری ردِعمل کی قیادت کرنا چاہیے — بغیر رولر کو سرکائے؛ کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل کے اسی ہائپرپیرا میٹر سیٹ کو متعدد ادغامی نظاموں میں دوبارہ برتنا ہوگا۔
   • کنٹرول نکات: مشترک پیرا میٹرز کے تحت BAO کے پیمانہ رولر کی فیز لاکنگ کمزور عدسہ بندی/افزائش کے ساتھ؛ ایک ہی کور کا نظاموں کے بیچ منتقل ہونا۔

III. قوتیں اور حدود

1. معاصر طبیعیات (ΛCDM + عمومی اضافیت)
   • قوتیں
     1. پیمانوں میں وسیع بندش: CMB کی صوتی چوٹیوں اور BAO کے پیمانہ رولر سے لے کر کمزور عدسہ بندی و افزائشی شرحوں تک، پھر ادغامات کی ہندسه اور توانائی حساب تک۔
     2. پختہ سمولیشن نظام ہائے ماحول: N-باڈیز + (مَگنیٹو) ہائیڈروڈائنامکس، نسبتاً معیاری پیرا میٹر/خطا نظم کے ساتھ۔
     3. ہٹاؤ کی سادہ کہانی: غیر متصادم کمیت گزرتی ہے، متصادم گیس پیچھے رہتی ہے — نقشوں میں واضح۔
   • حدود/چیلنجز
     1. مائیکرو فزیکی نظامیات (لزوجت، موصلیتِ حرارت، مقناطیسی دباؤ، الیکٹران–آئن بے توازنی) “توانائی بندش” اور صدمہ ماخ نمبر کے تخمینوں پر غالب آ سکتی ہیں۔
     2. انتہائی کیسز (بہت بلند نسبتی رفتاریں، منفرد ملٹی پول امتزاج) اکثر باریک priors یا نمونہ منتخب کرنے کے محتاج ہوتے ہیں۔
     3. زمانی دستخط (تاخیر/یادداشت) فریم ورک کی طبعی پیداوار نہیں؛ ان کی تجدید کبھی ہندسی ٹیوننگ پر موقوف رہتی ہے۔
2. توانائی فلیمینٹ نظریہ (کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل/کھنچاؤ بردہ شور + منبعّی چارچوب میں سرخی کی منتقلی/راہ کے ماحول کی از سرِ نو نقشہ بندی)
   • قوتیں
     1. واقعاتی شرط اور یادداشت: مؤثر کششی ردِعمل شدت کے ساتھ سکیل کرتا اور تاخیر/ریلیکسیشن دکھاتا ہے — “κ–X بمقابلہ مرحلہ” کے لیے براہِ راست فریم۔
     2. سمتیّت اور غیر مقامیّت: ایک ہی غیر متساوی کور “بیضویت—پیچ—ملٹی پول نسبت” کو ساتھ سمجھا سکتا ہے اور صدمہ نامل–عدسہ بندی محوریہ کے یگانگت کی پیش گوئی کرتا ہے۔
     3. زیادہ نظریہ غیر جانب دار مشاہداتی زنجیر: مشاہداتی سطح (شیئر میپس، X/SZ پروفائلز، ریڈیو سپیکٹرا) پر متوازی تقابلیہ priors سے جنم لینے والی دائری دلیل کو کم کرتا ہے۔
   • حدود/چیلنجز
     1. پیمانوں کے بیچ “سلائی” جاری ہے: کھنچاؤ بردہ شور کو CMB درجے کی باریکی لوٹانی اور رولر کو بے سرکاں BAO تک لے جانا ہوگا؛ کھنچاؤ کی شماریاتی کششِ ثقل کو انہی پیرا میٹرز کے تحت کمزور عدسہ بندی کی دو نقطی رابطہ کاری اور افزائشی شرحوں کو بند کرنا ہوگا۔
     2. توانائی چھلانگوں اور حالت تبدیلیوں سے آنے والی سخت قیود صراحتاً شامل کرنا لازم ہے، تاکہ مؤثر کور اضافی آزادیوں سے نظامیات “نہ نگل لے”۔
     3. بین النظمی قابلِ انتقالیّت کو ڈیٹا سے ثابت کرنا ہوگا؛ ایک ہی کور کو مختلف نظاموں میں چلنا چاہیے، ورنہ آفاقیت ادھوری رہے گی۔

IV. قابلِ آزمائش عہد

• ہٹاؤ–مرحلہ: کیا ایک ہی نظام میں κ–X ہٹاؤ شدت اشاریوں کے ساتھ یکنواخت بدلتا اور گزران کے بعد مخصوص زمانی مستقل پر پُرسکون ہوتا ہے؟
• یگانگت: کیا صدمہ نامل/ریڈیو باقیات کے محوری رخ عدسہ بندی کے مرکزی محوریہ کے ساتھ معنی خیز طور پر ہم رخ ہیں؟
• توانائی رجسٹر: کیا حراری طاقت (X+SZ) اور غیر حراری ریڈیو طاقت ادغام کے حرکی نقصان کے بقدر، عدم یقین کی حدود میں، متوازن ہیں؟
• پیرا میٹر بازیافت: کیا ایک مقررہ پیرا میٹر سیٹ متعدد نظاموں میں “بغیر ٹوٹے” چلتا ہے؟
• پیمانہ در پیمانہ بندش: CMB سے BAO تک — کیا فیز برقرار رہتا ہے اور کیا کمزور عدسہ بندی کی دو نقطی رابطہ کاری اور افزائشی شرحیں بھی انہی پیرا میٹرز پر بند ہوتی ہیں؟

خلاصہ یہ کہ

• ادغامی جھرمٹ کششِ ثقل اور کونیاتی مادّے کی ترکیب جانچنے کی “قدرتی تجربہ گاہیں” ہیں۔
• معاصر خطِ اساس اور توانائی فلیمینٹ نظریہ اکثر ایک ہی ڈیٹا سے سازگار ہوتے ہوئے بھی مختلف کہانیاں سناتے ہیں: پہلا غیر مرئی کمیت کو مرکز رکھتا ہے، دوسرا کھنچاؤ کے منظرنامے میں واقعات سے متحرک شماریاتی ردِعمل کو۔
• بہتر راستہ نعروں سے نہیں، بلکہ اس صلاحیت سے طے ہوتا ہے کہ ایک ہی ڈیٹا پر کم مفروضوں اور پیرا میٹرز کے ساتھ کام کیا جائے، نمونوں اور پیمانوں کے پار تعمیم ممکن ہو، اور توانائی کا حساب برابر آئے۔ اوپر دیے گئے آٹھ نشان اور پانچ کنٹرول نکات قارئین اور محققین کے لیے مشترک فہرستِ جانچ ہیں۔