Tokyo Üniversitesi Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü tarafından
Şekil 1: Evrenin büyük ölçekli yapısına ilişkin gözlemlerden elde edilen bir görüntü. Sarıdan kırmızıya gösterilen çok sayıda nesnenin tümü, Dünya’dan yüz milyonlarca ışıkyılı uzaklıktaki galaksileri temsil ediyor. Galaksiler çok çeşitli renk ve şekillerde olabilir ve uzayın genişliğinde sayılamayacak kadar çokturlar. Bu galaksilerin uzaysal dağılımı ve şekil deseni rastgele değildir, aslında enflasyonla tahmin edilen tohum ilkel dalgalanmalarının istatistiksel özelliklerinden kaynaklanan “korelasyonlara” sahiptir. Kredi bilgileri: Subaru HSC
Yakın zamanda yapılan bir çalışmada bildirildiği gibi, bir araştırmacı ekibi günümüz kozmik yapılarının kökenini keşfetmek için 1 milyondan fazla galaksiyi analiz etti. yayınlanan içinde Fiziksel İnceleme D Editörün Önerisi olarak.
Bugüne kadar, kozmik mikrodalga arka planı (CMB) ve büyük ölçekli yapının (LSS) hassas gözlemleri ve analizleri, evrenin standart çerçevesinin, ΛCDM modeli olarak adlandırılan, soğuk karanlık maddenin (CDM) oluşturulduğu, kurulmasına yol açmıştır. ve karanlık enerji (kozmolojik sabit, Λ) önemli özelliklerdir.
Bu model, evrenin başlangıcında veya evrenin erken dönemlerinde tetikleyici olarak hareket eden, yıldızlar, galaksiler, galaksi kümeleri ve bunların uzaydaki mekansal dağılımları da dahil olmak üzere evrendeki her şeyin yaratılmasına yol açan ilksel dalgalanmaların üretildiğini öne sürüyor. . Oluştuklarında çok küçük olmalarına rağmen, yerçekimi çekme kuvveti nedeniyle dalgalanmalar zamanla büyür ve sonunda yoğun bir karanlık madde bölgesi veya bir hale oluşturur. Daha sonra farklı haleler defalarca çarpışıp birbirleriyle birleşerek galaksiler gibi gök cisimlerinin oluşmasına yol açtı.
Galaksilerin mekansal dağılımının doğası, başlangıçta onları yaratan ilksel dalgalanmaların doğasından güçlü bir şekilde etkilendiğinden, ilksel dalgalanmaların doğasını gözlemsel olarak keşfetmek için galaksi dağılımlarının istatistiksel analizleri aktif olarak yürütülmüştür. Buna ek olarak, evrenin geniş bir alanına dağılmış olan galaksi şekillerinin uzaysal deseni de temeldeki ilkel dalgalanmaların doğasını yansıtmaktadır (Şekil 1).
Bununla birlikte, büyük ölçekli yapının geleneksel analizi yalnızca galaksilerin noktalar halinde uzaysal dağılımına odaklanmıştır. Son zamanlarda araştırmacılar galaksi şekillerini incelemeye başladılar çünkü bu sadece ek bilgi sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda ilkel dalgalanmaların doğasına dair farklı bir bakış açısı da sağlıyor (Şekil 2).
Şekil 2: Evrenin “farklı” ilksel dalgalanmalarının, karanlık maddenin farklı uzaysal dağılımına nasıl yol açtığının görselleştirilmesi. Merkezi şekil (hem üst hem de alt sıralarda ortaktır) referans Gauss dağılımındaki dalgalanmaları gösterir. Renk geçişi (maviden sarıya), o konumdaki (düşük yoğunluklu bölgelerden yüksek yoğunluklu bölgelere) dalgalanmanın değerine karşılık gelir. Sol ve sağ rakamlar Gauss dağılımından biraz sapan veya Gauss olmayan dalgalanmaları göstermektedir. Parantez içindeki işaret, solda negatif (-) sapmaya ve sağda pozitif (+) sapmaya karşılık gelen Gaussianlıktan sapmanın işaretini gösterir. Üst sıra, izotropik Gauss olmayanlığın bir örneğidir. Merkezi Gauss dalgalanmasıyla karşılaştırıldığında, soldaki şekil büyük negatif (koyu mavi) bölgelerdeki artışı gösterirken, sağdaki şekil büyük pozitif (parlak sarı) bölgelerdeki artışı gösteriyor. Gözlemlenen galaksilerin uzaysal dağılımını kullanarak bu tür izotropik Gaussian olmayan durumu arayabileceğimiz bilinmektedir. Alt panelde anizotropik Gauss olmayanlığın bir örneği gösterilmektedir. Üst paneldeki izotropik durumla karşılaştırıldığında genel parlaklık ve karanlık, orta paneldeki Gauss dalgalanmasından farklı değildir ancak her bölgenin şekli değişmiştir. Bu “anizotropik” Gaussian olmayan durumu galaksi şekillerinin uzaysal deseninden arayabiliriz. Kredi bilgileri: Kurita ＆ Takada
O zamanki Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü (Kavli IPMU) yüksek lisans öğrencisi Toshiki Kurita (şu anda Max Planck Astrofizik Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı) ve Kavli IPMU Profesörü Masahiro Takada tarafından yönetilen bir araştırma ekibi gökada şekillerinin güç spektrumunu ölçmek için, gökadaların mekansal dağılımına ilişkin spektroskopik veriler ile tek tek gökada şekillerine ait görüntüleme verilerini birleştirerek gökada şekli desenlerinden önemli istatistiksel bilgiler çıkaran bir yöntem geliştirdi.
Araştırmacılar, günümüzde dünyanın en büyük gökada araştırması olan Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması’ndan (SDSS) yaklaşık 1 milyon gökadanın uzaysal dağılımını ve şekil desenini eş zamanlı olarak analiz etti.
Sonuç olarak, tüm evrenin yapısının oluşumunun temelini oluşturan ilksel dalgalanmaların istatistiksel özelliklerini başarılı bir şekilde sınırladılar.
Aralarında 100 milyon ışık yılından daha fazla mesafe olan iki gökada şeklinin yönelimlerinde istatistiksel olarak anlamlı bir hizalanma olduğunu buldular (Şekil 3). Elde ettikleri sonuçlar, oluşum süreçleri görünüşte bağımsız ve nedensel olarak ilgisiz olan uzak galaksiler arasında korelasyonların var olduğunu gösterdi.
Şekil 3: Mavi noktalar ve hata çubukları galaksi şekli güç spektrumunun değerleridir. Dikey eksen, iki gökada şekli arasındaki korelasyonun gücüne, yani gökada şekli yönelimlerinin hizalanmasına karşılık gelir. Yatay eksen iki gökada arasındaki mesafeyi temsil eder; sol (sağ) eksen ise daha uzak (daha yakın) gökadalar arasındaki korelasyonu temsil eder. Gri noktalar fiziksel olmayan görünür korelasyonları gösterir. Bu değerin beklendiği gibi hata dahilinde sıfır olması, mavi ölçülen noktaların gerçekten de astrofizik kaynaklı sinyaller olduğunu doğruluyor. Siyah eğri, en standart enflasyonist modelin teorik eğrisidir ve gerçek veri noktalarıyla iyi bir uyum içinde olduğu bulunmuştur. Kredi bilgileri: Kurita & Takada
“Bu araştırmada, büyük ölçekli yapı verilerinden elde edilen çok sayıda galaksinin ‘şekillerinin’ istatistiksel analizi yoluyla ilksel dalgalanmaların özelliklerine kısıtlamalar getirmeyi başardık. Keşfetmek için galaksi şekillerini kullanan araştırma için çok az örnek var. İlk evrenin fiziği ve fikrin oluşturulması ve analiz yöntemlerinin geliştirilmesinden gerçek veri analizine kadar olan araştırma süreci bir dizi deneme yanılmaydı.
“Bundan dolayı birçok zorlukla karşılaştım. Ancak doktora programım sırasında bunları başarabildiğim için mutluyum. Bu başarının galaksi şekillerini kullanan yeni bir kozmoloji araştırma alanı açmanın ilk adımı olacağına inanıyorum.” dedi Kurita.
Ayrıca, bu korelasyonların ayrıntılı bir araştırması, bunların enflasyon tarafından tahmin edilen korelasyonlarla tutarlı olduğunu ve ilkel dalgalanmanın Gauss olmayan bir özelliğini sergilemediğini doğruladı.
“Bu araştırma, Toshiki’nin doktora tezinin sonucudur. Galaksi şekillerini ve galaksi dağılımlarını kullanarak kozmolojik bir modeli doğrulamak için bir yöntem geliştirdiğimiz, bunu verilere uyguladığımız ve daha sonra enflasyonun fiziğini test ettiğimiz harika bir araştırma başarısıdır. Daha önce hiç kimsenin yapmadığı bir araştırma konusu, ancak üç adımı da gerçekleştirdi: teori, ölçüm ve uygulama. Tebrikler! Üç adımı da gerçekleştirebildiğimiz için çok gurur duyuyorum. Maalesef Yeni bir enflasyon fiziğinin tespit edilmesine yönelik harika bir keşif, ancak gelecekteki araştırmalar için bir yol belirledik. Subaru Prime Odak Spektrografını kullanarak daha fazla araştırma alanı açmayı bekleyebiliriz” dedi Takada.
Bu çalışmanın yöntemleri ve sonuçları gelecekte araştırmacıların enflasyon teorisini daha fazla test etmelerine olanak sağlayacaktır.
Daha fazla bilgi:
Toshiki Kurita ve diğerleri, SDSS-III BOSS galaksilerinin içsel hizalanmalarından kaynaklanan anizotropik ilkel Gauss dışılığa ilişkin kısıtlamalar, Fiziksel İnceleme D (2023). DOI: 10.1103/PhysRevD.108.083533. Açık arXiv: DOI: 10.48550/arXiv.2302.02925
Tokyo Üniversitesi Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü tarafından sağlanmıştır
Alıntı: Araştırmacılar evrenin nasıl başladığını (2023, 22 Aralık) öğrenmek için bir milyon galaksiyi inceliyor. 23 Aralık 2023 tarihinde https://phys.org/news/2023-12-million-galaxies-universe-began.html adresinden alınmıştır.
Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan her türlü adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgilendirme amaçlı sağlanmıştır.