Araştırmacılar, evrende büyük ölçeklerde var olan galaksilerin ipliksi yapısı olan kozmik ağı araştırmak için simülasyonları kullandılar. Galaksilerin dağılımını bir noktalar topluluğu olarak ele alarak ve malzeme bilimi için geliştirilen matematiksel teknikleri uygulayarak, evrenin göreli düzensizliğini nicelleştirdiler ve temel yapısını daha iyi anladılar. Kredi: NASA/Chicago Üniversitesi ve Adler Planetaryumu ve Astronomi Müzesi
Evren, büyük ölçeklerde kozmik ağ olarak adlandırılan ipliksi bir model sergileyen galaksilerle doludur. Kozmik malzemenin bu heterojen dağılımı, bazı yönlerden, malzemenin belirli alanlarda kümelendiği ancak diğerlerinde eksik olabileceği bir çörekteki yaban mersini gibidir.
Araştırmacılar, bir dizi simülasyona dayanarak, evrenin heterojen yapısını araştırmaya başladılar. Galaksilerin dağılımını, sürekli bir dağılım olarak değil de, bir maddeyi oluşturan tek tek madde parçacıkları gibi, noktaların bir toplamı olarak ele alarak evren. Bu teknik, malzeme bilimi için geliştirilen matematiğin evrendeki göreli düzensizliği ölçmek için uygulanmasını sağlayarak evrenin temel yapısının daha iyi anlaşılmasını sağlamıştır.
Evrendeki en büyük yapıların görselleştirilmesi Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması’ndan. Kredi: NASA/Chicago Üniversitesi ve Adler Planetaryumu ve Astronomi Müzesi
“Bulduğumuz şey, evrendeki galaksilerin dağılımının, kendi benzersiz özelliklerine sahip geleneksel malzemelerin fiziksel özelliklerinden oldukça farklı olduğuydu. imza,” diye açıkladı çalışmanın ortak yazarlarından Oliver Philcox.
Şu anda Physical Review X’te yayınlanan bu çalışma, Institute for Advanced Study’de sık sık Üye ve Ziyaretçi olan Salvatore Torquato ve Lewis Bernard tarafından yürütüldü. Princeton Üniversitesi’nin kimya ve fizik bölümlerinde görev yapan Doğa Bilimleri Profesörü; ve misafir Ph.D. Oliver Philcox. Eylül 2020’den Ağustos 2022’ye kadar Enstitü’de öğrenci, şu anda Columbia Üniversitesi’nde düzenlenen Simons Society of Fellows’da Junior Fellow.
Bu görselleştirme, evrendeki en büyük yapılar. Sloan Digital Sky Survey’den gelen verilerle başlar ve WMAP’tan gelen verileri ortaya çıkarmak için uzaklaştırır. Kredi: NASA/Chicago Üniversitesi ve Adler Planetaryumu ve Astronomi Müzesi
İkili, Princeton Üniversitesi ve Flatiron Enstitüsü tarafından oluşturulan halka açık simülasyon verilerini analiz etti. 1.000 simülasyonun her biri, kütleçekimsel evrim tarafından oluşturulan kümeleri galaksiler için bir temsil görevi gören bir milyar karanlık madde “parçacığından” oluşur.
Makalenin ana sonuçlarından biri, çiftlerin korelasyonlarıyla ilgilidir. çift bağlantılılık işlevi aracılığıyla topolojik olarak birbirine bağlı galaksiler. Araştırma ekibi, buna ve heterojen medya teorisinde ortaya çıkan diğer tanımlayıcıların dizisine dayanarak, en büyük ölçeklerde (birkaç yüz megaparsek mertebesinde), evrenin hiperdüzenliliğe yaklaştığını, daha küçük ölçeklerde ise (en fazla 10 megaparsek) neredeyse antihiperüniform hale gelir ve son derece homojen olmaz.
Karanlık madde halelerinin noktalarla ve bunlarla ilişkili büyük ölçekli topolojik yapılarının gösterildiği evrenin bir bölümü (siyah ve beyaz) renklere göre. Kredi: Philcox & Torquato; Quijote Simülasyonları
“Düzen ve düzensizlik arasında algılanan geçiş, büyük ölçüde ölçeğe bağlıdır,” dedi Torquato. “La Grande Jatte’de Bir Pazar (aşağıdaki resme bakın) tablosundaki Georges Seurat’nın noktacı tekniği benzer bir görsel etki yaratıyor; iş yakından bakıldığında düzensiz, uzaktan bakıldığında ise oldukça düzenli görünür. Evren açısından, sonsuz sayıda şekilde yorumlanabilen Rorschach mürekkep lekesi testinde olduğu gibi, düzen ve düzensizlik derecesi daha inceliklidir.”
“Bir Pazar günü La Grande Jatte”, Georges Seurat.
İstatistiksel araçlar, özellikle en yakın komşu dağılımları, kümeleme teşhisi, Poisson dağılımları, süzülme eşikleri ve çift bağlantılılık işlevi, araştırmacıların tutarlı ve ölçüm sırası için nesnel çerçeve. Bu nedenle, bulguları kozmolojik bir bağlamda yapılmış olsa da, bir dizi başka dinamik, fiziksel sisteme tercüme edilir.
Kozmoloji ve yoğun madde fiziği tekniklerini birleştiren bu disiplinler arası çalışma, her iki alan için de geleceğe yönelik çıkarımlara sahiptir. Galaksilerin dağılımının ötesinde, evrenin yeniden iyonlaşma aşamasında oluşan kozmik boşluklar ve iyonize hidrojen kabarcıkları dahil olmak üzere evrenin diğer birçok özelliği bu araçlarla keşfedilebilir. Tersine, evren hakkında keşfedilen yeni fenomenler de Dünya üzerindeki çeşitli maddi sistemler hakkında fikir verebilir. Ekip, bu tekniklerin gerçek verilere uygulanmasından önce daha fazla çalışmanın gerekli olduğunun farkındadır, ancak bu çalışma, önemli potansiyele sahip güçlü bir kavram kanıtı sağlar.
Referans: “Düzensiz Heterojen Evren: Galaksi Dağılımı ve Uzunluk Ölçeklerinde Kümeleme”, Oliver H. E. Philcox ve Salvatore Torquato, 14 Mart 2023, Physical Review X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011038