Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойКосмосРазгадка происхождения Вселенной: исследователи анализируют более миллиона галактик, чтобы пролить новый свет

Разгадка происхождения Вселенной: исследователи анализируют более миллиона галактик, чтобы пролить новый свет

- Advertisement -

Трансформационное исследование проанализировало более миллиона галактик с целью изучения происхождения космических структур и выявило значительные закономерности в формах галактик на огромных расстояниях. Это исследование, использующее инновационные методы и подтверждающее аспекты теории инфляции, знаменует собой значительный прогресс в понимании формирования Вселенной.

Команда исследователей проанализировала более миллиона галактик, чтобы изучить происхождение современных космических структур, сообщается в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Физический обзор D как предложение редакции.

До сегодняшнего дня точные наблюдения и анализ космического микроволнового фона (CMB) и крупномасштабной структуры (LSS) привели к созданию стандартной структуры Вселенной, так называемой модели ΛCDM, в которой холодная темная материя (CDM) и темная энергия (космологическая постоянная Λ) являются важными характеристиками.

Изображение, полученное в результате наблюдений за крупномасштабной структурой Вселенной. Многочисленные объекты, показанные цветами от желтого до красного, представляют собой галактики, находящиеся на расстоянии сотен миллионов световых лет от Земли. Галактики бывают самых разных цветов и форм, и их слишком много, чтобы их можно было сосчитать на просторах космоса. Пространственное распределение и форма этих галактик не случайны, а действительно имеют «корреляции», возникающие из статистических свойств зародышевых первичных флуктуаций, предсказанных инфляцией. Кредит: Субару HSC

Эта модель предполагает, что первичные флуктуации были созданы в начале Вселенной или в ранней Вселенной, которые действовали как триггеры, приводящие к созданию всего сущего во Вселенной, включая звезды, галактики, скопления галактик, и их пространственному распределению в космосе. . Хотя в момент возникновения они очень малы, флуктуации со временем растут из-за силы гравитационного притяжения, в конечном итоге образуя плотную область темной материи или гало. Затем различные гало неоднократно сталкивались и сливались друг с другом, что приводило к образованию небесных объектов, таких как галактики.

Распределение галактик и первичные флуктуации

Поскольку на характер пространственного распределения галактик сильно влияет природа первичных флуктуаций, которые их изначально создали, активно проводился статистический анализ распределения галактик с целью наблюдательного изучения природы первичных флуктуаций. В дополнение к этому пространственная структура форм галактик, распределенных по обширной территории Вселенной, также отражает природу основных первичных флуктуаций.

Однако традиционный анализ крупномасштабной структуры фокусируется только на пространственном распределении галактик как точек. Совсем недавно исследователи начали изучать формы галактик, поскольку это не только дает дополнительную информацию, но и позволяет по-новому взглянуть на природу первичных флуктуаций.

Визуализация того, как «разные» первичные колебания Вселенной приводят к различному пространственному распределению темной материи. Центральный рисунок (общий как для верхнего, так и для нижнего ряда) показывает колебания эталонного распределения Гаусса. Градация цвета (от синего до желтого) соответствует величине колебания в этом месте (области с низкой и высокой плотностью). На левом и правом рисунках показаны колебания, незначительно отклоняющиеся от гауссовского распределения или являющиеся негауссовыми. Знак в скобках указывает знак отклонения от гауссовости, соответствующий отрицательному (-) отклонению слева и положительному (+) отклонению справа. Верхний ряд представляет собой пример изотропной негауссовости. По сравнению с центральным гауссовским колебанием на левом рисунке показано увеличение крупных отрицательных (темно-синих) областей, а на правом рисунке показано увеличение крупных положительных (ярко-желтых) областей. Известно, что такую ​​изотропную негауссовость можно искать, используя пространственное распределение наблюдаемых галактик. На нижней панели показан пример анизотропной негауссовости. По сравнению с изотропным случаем на верхней панели, общая яркость и темнота не изменились по сравнению с гауссовским колебанием на центральной панели, но форма каждой области изменилась. Мы можем искать эту «анизотропную» негауссовость по пространственной структуре форм галактик. Фото: Курита & Такада

Группа исследователей под руководством тогдашнего аспиранта Института физики и математики Вселенной Кавли (ИПМУ Кавли) Тошики Курита (в настоящее время научный сотрудник Института астрофизики Макса Планка) и профессора ИПМУ Кавли Масахиро Такада разработал метод измерения спектра мощности форм галактик, который извлекает ключевую статистическую информацию из моделей формы галактик путем объединения спектроскопических данных пространственного распределения галактик и данных изображений отдельных форм галактик.

Комплексный анализ и важные выводы

Исследователи одновременно проанализировали пространственное распределение и структуру примерно одного миллиона галактик из Слоановского цифрового обзора неба (SDSS), крупнейшего в мире исследования галактик на сегодняшний день.

В результате они успешно ограничили статистические свойства первичных флуктуаций, которые положили начало формированию структуры всей Вселенной.

Синие точки и полосы ошибок — это значения спектра мощности формы галактики. Вертикальная ось соответствует силе корреляции между формами двух галактик, т. е. совпадению ориентаций форм галактик. Горизонтальная ось представляет расстояние между двумя галактиками, а левая (правая) ось представляет корреляцию между более далекими (ближними) галактиками. Серые точки указывают на нефизические видимые корреляции. Тот факт, что это значение равно нулю в пределах погрешности, как и ожидалось, подтверждает, что синие измеренные точки действительно являются сигналами астрофизического происхождения. Черная кривая — это теоретическая кривая самой стандартной инфляционной модели, и она хорошо согласуется с фактическими данными. Кредит: Курита и Такада

Они обнаружили статистически значимое совпадение ориентаций форм двух галактик, находящихся на расстоянии более 100 миллионов световых лет друг от друга. Их результат показал, что корреляции существуют между далекими галактиками, процессы формирования которых, по-видимому, независимы и причинно не связаны.

«В этом исследовании мы смогли наложить ограничения на свойства первичных флуктуаций посредством статистического анализа «форм» многочисленных галактик, полученных на основе крупномасштабных структурных данных. Существует несколько прецедентов исследований, в которых формы галактик используются для изучения физики ранней Вселенной, и процесс исследования, от построения идеи и разработки методов анализа до фактического анализа данных, представлял собой серию проб и ошибок. Из-за этого я столкнулся со многими проблемами. Но я рад, что смог реализовать их во время учебы в докторантуре. Я считаю, что это достижение станет первым шагом к открытию новой области исследований в космологии с использованием форм галактик», — сказал Курита.

Более того, детальное исследование этих корреляций подтвердило, что они согласуются с корреляциями, предсказанными инфляцией, и не демонстрируют негауссовых особенностей первичного колебания.

«Это исследование является результатом докторской диссертации Тошики. Это замечательное исследовательское достижение: мы разработали метод проверки космологической модели с использованием формы и распределения галактик, применили его к данным, а затем проверили физику инфляции. Это была тема исследования, которой никто никогда раньше не занимался, но он выполнил все три этапа: теорию, измерение и применение. Поздравляем! Я очень горжусь тем, что нам удалось сделать все три шага. К сожалению, я не сделал великого открытия, обнаружив новую физику инфляции, но мы проложили путь для будущих исследований. Мы можем рассчитывать на открытие дальнейших областей исследований с использованием спектрографа Subaru Prime Focus», — сказал Такада.

Методы и результаты этого исследования позволят исследователям в будущем продолжить проверку теории инфляции.

Ссылка: «Ограничения на анизотропную первичную негауссовость из-за внутреннего расположения галактик SDSS-III BOSS», Тошики Курита и Масахиро Такада, 31 октября 2023 г., Физический обзор D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.108.083533

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме