Araştırmacılar, evren boyunca büyük ölçeklerde var olan galaksilerin ipliksi modeli olan kozmik ağı araştırmak için simülasyonları kullandılar. Galaksilerin dağılımını bir noktalar topluluğu olarak ele alarak ve malzeme bilimi için geliştirilen matematiksel teknikleri uygulayarak, evrenin göreli düzensizliğini nicelleştirdiler ve temel yapısını daha iyi anladılar. Kredi: NASA/Chicago Üniversitesi ve Adler Planetaryumu ve Astronomi Müzesi
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.
Sloan Digital Sky Survey’den evrendeki en büyük yapıların görselleştirilmesi. Kredi: NASA/Chicago Üniversitesi ve Adler Planetaryumu ve Astronomi Müzesi
Araştırmanın ortak yazarlarından Oliver Philcox, “Bulduğumuz şey, evrendeki galaksilerin dağılımının, geleneksel malzemelerin fiziksel özelliklerinden oldukça farklı olduğu ve kendine özgü bir imzası olduğuydu” dedi.
Şimdi yayınlanan bu çalışma, Fiziksel İnceleme XInstitute for Advanced Study’de sık sık Üye ve Ziyaretçi olan Salvatore Torquato ve Amerika Birleşik Devletleri merkezli Doğa Bilimleri Profesörü Lewis Bernard tarafından yürütüldü.[{” attribute=””>Princeton University’s departments of chemistry and physics; and Oliver Philcox a visiting Ph.D. student at the Institute from September 2020 to August 2022, now a Junior Fellow in the Simons Society of Fellows, hosted at Columbia University.
Bu görselleştirme, evrendeki en büyük yapıların 3 boyutlu bir görünümünü sunar. Sloan Digital Sky Survey’den gelen verilerle başlar ve WMAP’tan gelen verileri ortaya çıkarmak için uzaklaştırır. Kredi: NASA/Chicago Üniversitesi ve Adler Planetaryumu ve Astronomi Müzesi
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 temsil 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.
Evrenin bir bölümü (siyah ve beyaz), noktalarla gösterilen karanlık madde haleleri ve bunlarla ilişkili büyük ölçekli topolojik yapılar renklerle gösterilir. Kredi: Philcox & Torquato; Quijote Simülasyonları
Torquato, “Düzen ve düzensizlik arasında algılanan geçiş büyük ölçüde ölçeğe bağlıdır” dedi. “Resimde Georges Seurat’nın noktacı tekniği La Grande Jatte’de bir Pazar (aşağıdaki resme bakın) benzer bir görsel efekt üretir; iş yakından bakıldığında düzensiz, uzaktan bakıldığında ise oldukça düzenli görünür. Evren açısından, düzen ve düzensizlik derecesi, sonsuz sayıda şekilde yorumlanabilen bir Rorschach mürekkep lekesi testinde olduğu gibi, daha inceliklidir.”
Georges Seurat’tan “La Grande Jatte’de Bir Pazar”.
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 duyulacağının farkındadır, ancak bu çalışma, önemli potansiyele sahip güçlü bir kavram kanıtı sağlar.
Referans: “Düzensiz Heterojen Evren: Uzunluk Ölçeklerinde Galaksi Dağılımı ve Kümelenmesi”, yazan Oliver H. E. Philcox ve Salvatore Torquato, 14 Mart 2023, Fiziksel İnceleme X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011038