İle
Dönüştürücü bir çalışma, kozmik yapının kökenlerini keşfetmek için bir milyondan fazla galaksiyi analiz etti ve galaksi şekillerinde çok uzak mesafelerdeki önemli hizalanmaları ortaya çıkardı. Yenilikçi yöntemler kullanan ve enflasyon teorisini doğrulayan yönleri kullanan bu araştırma, evrenin oluşumunu anlamada önemli bir ilerlemeye işaret ediyor.
Yakın zamanda yayınlanan bir araştırmaya göre, bir araştırmacı ekibi günümüz kozmik yapılarının kökenini keşfetmek için bir milyondan fazla galaksiyi analiz etti. 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.
Evrenin büyük ölçekli yapısının gözlemlerinden 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 desenleri rastgele değildir; aslında enflasyonla tahmin edilen tohum ilksel dalgalanmalarının istatistiksel özelliklerinden kaynaklanan “korelasyonlara” sahiptir. Kredi bilgileri: Subaru HSC
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.
Galaksi Dağılımları ve İlkel Dalgalanmalar
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.
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 ilksel dalgalanmaların doğasına farklı bir bakış açısı da sağlıyor.
Evrenin “farklı” ilkel 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.
Kapsamlı Analiz ve Önemli Bulgular
Araştırmacılar, günümüzde dünyanın en büyük gökada araştırması olan Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması’ndan (SDSS) yaklaşık bir 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.
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 kökenli 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
Aralarında 100 milyon ışık yılından daha fazla mesafe bulunan iki gökada şeklinin yönelimlerinde istatistiksel olarak anlamlı bir hizalanma olduğunu buldular. Elde ettikleri sonuçlar, oluşum süreçleri görünüşte bağımsız ve nedensel olarak ilgisiz olan uzak galaksiler arasında korelasyonların var olduğunu gösterdi.
“Bu araştırmada, büyük ölçekli yapı verilerinden elde edilen çok sayıda galaksinin ‘şekillerinin’ istatistiksel analizi yoluyla ilksel dalgalanmaların özelliklerine kısıtlamalar getirmeyi başardık. Erken evrenin fiziğini keşfetmek için galaksi şekillerini kullanan araştırmaların çok az örneği vardır ve fikrin oluşturulması ve analiz yöntemlerinin geliştirilmesinden gerçek veri analizine kadar olan araştırma süreci bir dizi deneme yanılmadan ibaretti. Bu nedenle birçok zorlukla karşılaştım. Ancak doktora programım sırasında bunları başarabildiğim için mutluyum. Kurita, bu başarının galaksi şekillerini kullanan yeni bir kozmoloji araştırma alanı açmanın ilk adımı olacağına inanıyorum” dedi.
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 ardından enflasyonun fiziğini test ettiğimiz harika bir araştırma başarısı. Bu daha önce kimsenin yapmadığı bir araştırma konusuydu ama üç adımı da gerçekleştirdi: teori, ölçüm ve uygulama. Tebrikler! Üç adımı da gerçekleştirebildiğimiz için çok gurur duyuyorum. Ne yazık ki yeni bir enflasyon fiziği tespit etme konusundaki büyük keşfi ben yapmadım, ancak gelecekteki araştırmalar için bir yol belirledik. Takada, Subaru Prime Focus Spectrograph’ı kullanarak daha fazla araştırma alanı açmayı bekleyebiliriz” dedi.
Bu çalışmanın yöntemleri ve sonuçları gelecekte araştırmacıların enflasyon teorisini daha fazla test etmelerine olanak sağlayacaktır.
Referans: Toshiki Kurita ve Masahiro Takada, 31 Ekim 2023, “SDSS-III BOSS galaksilerinin içsel hizalamalarından anizotropik ilkel Gauss dışılığa ilişkin kısıtlamalar”, Fiziksel İnceleme D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.108.083533