Точные симуляции дают представление о структуре вселенной
|
Вселенная усеяна галактиками, которые в больших масштабах демонстрируют нитевидный узор, называемый космической паутиной. Это неоднородное распределение космического материала в некотором роде похоже на чернику в булочке, где материал скапливается в одних областях, но может отсутствовать в других. Основываясь на серии симуляций, исследователи начали исследовать неоднородную структуру Вселенной, рассматривая распределение галактик как совокупность точек — подобно отдельным частицам материи, из которых состоит материал, — а не как непрерывное распределение. Этот метод позволил применить математику, разработанную для материаловедения, для количественной оценки относительного беспорядка во Вселенной, что позволило лучше понять ее фундаментальную структуру. |
«Мы обнаружили, что распределение галактик во Вселенной сильно отличается от физических свойств обычных материалов, имеющих свои уникальные особенности», — объяснил Оливер Филкокс, соавтор исследования. Эта работа, опубликованная в Physical Review X, была проведена Сальваторе Торквато, частым членом и посетителем Института перспективных исследований и профессором естественных наук Льюиса Бернарда, работающим на факультетах химии и физики Принстонского университета; и Оливер Филкокс, приглашенный доктор философии. студент Института с сентября 2020 года по август 2022 года, в настоящее время младший научный сотрудник Общества стипендиатов Саймонса в Колумбийском университете. |
Пара проанализировала общедоступные данные моделирования, созданные Принстонским университетом и Институтом Флэтайрон. Каждая из 1000 симуляций состоит из миллиарда «частиц» темной материи, чьи скопления, сформированные в результате гравитационной эволюции, служат прокси для галактик. Один из основных результатов статьи касается корреляций пар галактик, топологически связанных друг с другом с помощью функции парной связности. На основании этого — и множества других дескрипторов, возникающих в теории гетерогенных сред, — исследовательская группа показала, что на самых больших масштабах (порядка нескольких сотен мегапарсеков) Вселенная приближается к гипероднородности, а на меньших масштабах (до 10 мегапарсек) становится почти антигипероднородной и сильно неоднородной. |
«Воспринимаемый сдвиг между порядком и беспорядком во многом зависит от масштаба», — заявил Торквато. «Пуантилистская техника Жоржа Сёра в картине «Воскресенье на Гранд-Жатт» производит аналогичный визуальный эффект; работа кажется беспорядочной, если смотреть вблизи, и очень упорядоченной издалека. С точки зрения вселенной, степень порядка и беспорядка более тонкий, как в случае с тестом чернильных пятен Роршаха, который можно интерпретировать бесконечным числом способов». Статистические инструменты, в частности распределения ближайших соседей, кластерная диагностика, распределения Пуассона, пороги перколяции и функция парной связности, позволили исследователям разработать последовательную и объективную основу для измерения порядка. Следовательно, их открытия, сделанные в космологическом контексте, применимы и к ряду других динамических физических систем. |
Эта междисциплинарная работа, сочетающая методы космологии и физики конденсированного состояния, имеет будущее значение для обеих областей. Помимо распределения галактик, с помощью этих инструментов можно исследовать многие другие особенности Вселенной, в том числе космические пустоты и пузыри ионизированного водорода, которые образовались во время фазы реионизации Вселенной. И наоборот, новые явления, обнаруженные во Вселенной, могут также дать представление о различных материальных системах на Земле. Команда признает, что потребуется дополнительная работа, прежде чем эти методы можно будет применить к реальным данным, но эта работа обеспечивает надежное доказательство концепции со значительным потенциалом. |
Источник |
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|