Kesin nokta simülasyonları, evren yapısına ilişkin perspektif sağlar

Evren, büyük ölçeklerde kozmik ağ olarak adlandırılan ipliksi bir model sergileyen galaksilerle doludur. Kozmik malzemenin bu heterojen dağılımı, bazı açılardan, malzemenin belirli alanlarda kümelendiği, ancak diğerlerinde eksik olabileceği bir çörekteki yaban mersini gibidir.

Araştırmacılar, bir dizi simülasyona dayanarak, galaksilerin dağılımını, sürekli bir dağılım yerine, bir maddeyi oluşturan tek tek madde parçacıkları gibi, bir noktalar topluluğu olarak ele alarak evrenin heterojen yapısını araştırmaya başladılar. Bu teknik, malzeme bilimi için geliştirilen matematiğin, evrenin göreli düzensizliğini ölçmek için uygulanmasını sağlayarak, temel yapısının daha iyi anlaşılmasını sağlamıştır.

Araştırmanın ortak yazarlarından Oliver Philcox, “Bulduğumuz şey, evrendeki galaksilerin dağılımının, geleneksel malzemelerin fiziksel özelliklerinden oldukça farklı olduğu, kendi benzersiz imzasına sahip olduğuydu” dedi.

Şimdi yayınlanan bu çalışma, Fiziksel İnceleme X, Institute for Advanced Study’de sık sık Üye ve Ziyaretçi olan Salvatore Torquato ve Princeton Üniversitesi’nin kimya ve fizik bölümlerinde görevli Doğa Bilimleri Profesörü Lewis Bernard tarafından yürütüldü; ve misafir Ph.D. Oliver Philcox. Eylül 2020’den Ağustos 2022’ye kadar Enstitü’de ​​öğrenci, şu anda Columbia Üniversitesi’nde barındırılan Simons Society of Fellows’da Junior Fellow.

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 vekil görevi gören bir milyar karanlık madde “parçacığından” oluşuyor.

Makalenin ana sonuçlarından biri, çift bağlantılılık işlevi aracılığıyla topolojik olarak birbirine bağlı olan galaksi çiftlerinin korelasyonlarıyla ilgilidir. 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 antihyperuniform ve son derece inhomojen hale gelir.

Torquato, “Düzen ve düzensizlik arasında algılanan geçiş büyük ölçüde ölçeğe bağlıdır” dedi. “Georges Seurat’ın La Grande Jatte’de Bir Pazar tablosundaki noktacı tekniği benzer bir görsel etki yaratır; eser yakından bakıldığında düzensiz, uzaktan bakıldığında oldukça düzenli görünür. Evren açısından, düzen ve düzensizlik derecesi Sonsuz sayıda şekilde yorumlanabilen bir Rorschach mürekkep lekesi testinde olduğu gibi daha ince.”

İstatistiksel araçlar, özellikle en yakın komşu dağılımları, kümeleme teşhisi, Poisson dağılımları, süzülme eşikleri ve çift bağlantılılık işlevi, araştırmacıların sıralamayı ölçmek için tutarlı ve nesnel bir çerçeve geliştirmesine olanak sağladı. Bu nedenle, bulguları kozmolojik bir bağlamda yapılırken, 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 çalışmaya ihtiyaç duyulacağını biliyor, ancak bu çalışma, önemli potansiyele sahip güçlü bir kavram kanıtı sağlıyor.