Nova perspektiva o temeljnoj strukturi svemira
Znanstvenici su koristili simulacije kako bi istražili kozmičku mrežu, filamentni uzorak galaksija koji postoji u velikim razmjerima diljem svemira. Tretirajući raspodjelu galaksija kao skup točaka i primjenjujući matematičke tehnike razvijene za znanost o materijalima, kvantificirali su relativni nered svemira i stekli bolje razumijevanje njegove temeljne strukture.
Svemir je prožet galaksijama, koje, u velikim razmjerima, pokazuju filamentni uzorak, koji se naziva kozmička mreža. Ova heterogena raspodjela kozmičkog materijala je na neki način poput borovnica u kolaču gdje se materijal grupira u određenim područjima, ali ga može nedostajati u drugim.
Temeljem niza simulacija, znanstvenici su počeli ispitivati heterogenu strukturu svemira tretirajući distribuciju galaksija kao skup točaka - poput pojedinačnih čestica materije koje čine materijal - a ne kao kontinuiranu distribuciju. Ova je tehnika omogućila primjenu matematike razvijene za znanost o materijalima za kvantificiranje relativne neuređenosti svemira, omogućujući bolje razumijevanje njegove temeljne strukture.
"Ono što smo otkrili je da se distribucija galaksija u svemiru prilično razlikuje od fizičkih svojstava konvencionalnih materijala, ima svoj vlastiti jedinstveni potpis", objasnio je Oliver Philcox, koautor studije.
Ovaj rad, objavljen u Physical Review X, vodio je Salvatore Torquato, česti član i posjetitelj na Institutu za napredne studije i Lewis Bernard profesor prirodnih znanosti sa sjedištem na odjelima za kemiju i fiziku Sveučilišta Princeton; i gostujući Oliver Philcox, student na Institutu, sada mlađi suradnik Simonsova društva stipendista na Sveučilištu Columbia.
Par je analizirao podatke simulacije koje su generirali Sveučilište Princeton i Institut Flatiron. Svaka od 1000 simulacija sastoji se od milijardu "čestica" tamne tvari, čiji klasteri, formirani gravitacijskom evolucijom, služe kao zamjena za galaksije.
Jedan od glavnih rezultata rada odnosi se na korelacije parova galaksija koje su međusobno topološki povezane pomoću funkcije povezanosti parova. Na temelju ovoga - i niza drugih deskriptora koji se pojavljuju u teoriji heterogenih medija - istraživački tim pokazao je da se na najvećim skalama (reda nekoliko stotina megaparseka) svemir približava hiperuniformnosti, dok na manjim skalama (do 10 megaparseka) postaje gotovo antihiperuniforman i izrazito nehomogen.
“Percipirana promjena između reda i nereda uvelike ovisi o razmjeru”, rekao je Torquato. „Poentilistička tehnika Georgesa Seurata proizvodi sličan vizualni učinak; rad se čini neurednim kada se gleda izbliza i visoko uređen izdaleka. Što se tiče svemira, stupanj reda i nereda je suptilniji, kao kod Rorschachovog testa tintne mrlje koji se može tumačiti na beskonačan broj načina.”
Statistički alati, dijagnostika klasteriranja, Poissonove distribucije, pragovi perkolacije i funkcija povezanosti parova, omogućili su znanstvenicima razvoj dosljednog i objektivnog okvira za mjerenje reda. Stoga se njihova otkrića, iako napravljena u kozmološkom kontekstu, prenose na niz drugih dinamičkih, fizičkih sustava.
Ovaj interdisciplinarni rad, koji kombinira tehnike kozmologije i fizike kondenzirane tvari, ima buduće implikacije za oba polja. Osim distribucije galaksija, mnoge druge značajke svemira mogu se istražiti tim alatima, uključujući kozmičke praznine i mjehuriće ioniziranog vodika koji su nastali tijekom faze reionizacije svemira. Suprotno tome, novi fenomeni otkriveni u svemiru također mogu pružiti uvid u različite materijalne sustave na Zemlji. Tim shvaća da će biti potrebno više rada prije nego što se iste tehnike mogu primijeniti na stvarne podatke, no ovaj rad pruža snažan dokaz koncepta sa značajnim potencijalom.
Izvor: SciTechDaily