Поредица от симулации предлага нов поглед към структурата на Вселената (видео)

Разпределението на галактиките във Вселената е съвсем различно

Ваня Милева Последна промяна на 21 март 2023 в 00:01 3256 0

Разрез на Вселената

Кредит Philcox & Torquato; The Quijote Simulations

Разрез на Вселената (черно и бяло), като халото от тъмна материя е обозначено с точки, а свързаните с него едромащабни топологични структури - с цветове.

Разпределението на галактиките показва как е била разпределена материята в ранната Вселена.

В резултат на това то съдържа данни за различни космологични променливи, включително за плътността на материята. Идеалният метод за анализ на данните все още е предмет на дискусия.

Въпреки че този подход се счита за неадекватен, повечето изследвания се концентрират върху изчисляването на корелационните функции на разпределението на галактиките и сравняването им с физични модели.

Макар че са предложени много алтернативи, трябва да има по-голям консенсус относно това кои от тях имат практическа полза, а малко от тях са естествени от теоретична гледна точка.

Ново изследване показва, че инструментите от теорията на неорганизираните хетерогенни среди са подходящи за характеризиране на разпределението на галактиките и за получаване на допълнителна информация за структурата и еволюцията на Вселената.

Въз основа на поредица от симулации учените са започнали да изследват хетерогенната структура на Вселената, анализирайки разпределението на галактиките като съвкупност от точки, а не като непрекъснато разпределение, подобно на отделните частици материя, които изграждат даден материал. Този метод позволява да се определи количествено относителният безпорядък във Вселената и да се използва математиката, създадена за материалознанието, за да се разбере по-добре фундаменталната структура на Вселената.

 "Открихме, че разпределението на галактиките във Вселената е доста различно от физическите свойства на обикновените материали, като има свой уникален подпис", съобщава Оливър Филкокс (Oliver Philcox), съавтор на изследването.

Учените анализират публичните данни от симулации, генерирани от Принстънския университет и Института "Флатирон". Един милиард "частици" тъмна материя съставят всяка от 1000 симулации, а клъстерите, които те създават чрез гравитационна еволюция, действат като заместители на галактиките.

Едно от ключовите открития в статията е корелацията между двойки галактики, които са топологично свързани с помощта на функцията за свързаност на двойките. Изследователският екип демонстрира, че в по-големи мащаби (от порядъка на няколкостотин мегапарсека) Вселената се доближава до хипереднородност. За разлика от това, в по-малки мащаби (до 10 мегапарсека) тя става почти антихипереднородна и силно нехомогенна. Въз основа на това и на множество други описателни показатели, които се появяват в теорията на хетерогенните среди.

"Възприеманото преминаване между реда и безпорядъка зависи до голяма степен от мащаба. Поантилистичната техника на Жорж Сьора в картината „Неделен следобед на остров Гран Жат“ предизвиква подобен визуален ефект - творбата изглежда хаотична, когато се гледа отблизо, и силно подредена отдалеч. По отношение на Вселената степента на подреденост и безпорядък е по-фина, както при теста с мастило на Роршах, който може да се интерпретира по безкрайно много начини", обяснява Салваторе Торквато (Salvatore Torquato) от Института за напреднали изследвания и професор по природни науки в катедрите по химия и физика на Принстънския университет.

Фрагмент от картината на Сьора  „Неделен следобед на остров Гран Жат“

Учените създават последователна и безпристрастна рамка за оценка на подредеността благодарение на статистически методи, включително разпределения на най-близките съседи, диагностика на клъстерите, разпределения на Поасон, прагове на перколация и функция на свързаност на двойките. Следователно тези заключения са приложими към различни други динамични физически системи, въпреки че са формулирани в космическа рамка.

Разпределение на Поасон в статистиката и теорията на вероятностите е дискретно (на порции) разпределение на вероятностите, което изразява вероятността определен брой събития да се случат в определен интервал от времето или пространството, ако събитията се случват с известна постоянна скорост и са статистически независими от времето на последното събитие. Може да се използва и за оценка на броя събития и в други интервали: разстояние, площ и обем.

В статистическата физика и математика теорията на перколацията описва поведението на дадена мрежа, когато се добавят възли или връзки. Това е геометричен тип фазов преход, тъй като при критична стойност на добавяне в мрежата малките, несвързани клъстери се сливат в значително по-големи свързани, т.нар. разтегливи клъстери.

"Тази интердисциплинарна работа, съчетаваща техниките на космологията и физиката на кондензираната материя, има бъдещи последици и за двете области. Освен разпределението на галактиките, с тези инструменти могат да бъдат изследвани много други характеристики на Вселената, включително космическите празнини и йонизираните мехури от водород, които са се образували по време на фазата на рейонизация на Вселената", отбелязват учените.

Справка:

Oliver H. E. Philcox and Salvatore Torquato. Disordered Heterogeneous Universe: Galaxy Distribution and Clustering across Length Scales. Physical review X. DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011038

Източник: A series of simulations offer a new perspective on the Universe’s structure, Tech Explorist

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !