Το σύμπαν είναι γεμάτο με γαλαξίες, οι οποίοι, σε μεγάλες κλίμακες, παρουσιάζουν ένα νηματοειδές σχέδιο, που αναφέρεται ως κοσμικός ιστός. Αυτή η ετερογενής κατανομή του κοσμικού υλικού είναι κατά κάποιο τρόπο σαν τα βατόμουρα σε ένα μάφιν όπου το υλικό συγκεντρώνεται σε ορισμένες περιοχές, αλλά μπορεί να λείπει σε άλλες.
Βασισμένοι σε μια σειρά προσομοιώσεων, οι ερευνητές άρχισαν να διερευνούν την ετερογενή δομή του σύμπαντος αντιμετωπίζοντας την κατανομή των γαλαξιών ως μια συλλογή σημείων -όπως τα μεμονωμένα σωματίδια ύλης που συνθέτουν ένα υλικό- και όχι ως μια συνεχή κατανομή. Αυτή η τεχνική επέτρεψε την εφαρμογή των μαθηματικών που αναπτύχθηκαν για την επιστήμη των υλικών για την ποσοτικοποίηση της σχετικής αταξίας του σύμπαντος, επιτρέποντας την καλύτερη κατανόηση της θεμελιώδους δομής του.
«Αυτό που βρήκαμε ήταν ότι η κατανομή των γαλαξιών στο σύμπαν είναι αρκετά διαφορετική από τις φυσικές ιδιότητες των συμβατικών υλικών, έχοντας τη δική του μοναδική υπογραφή», εξήγησε ο Oliver Philcox, συν-συγγραφέας της μελέτης.
Αυτή η εργασία, που τώρα δημοσιεύεται στο Physical Review X , διεξήχθη από τον Salvatore Torquato, συχνό μέλος και επισκέπτη στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών και τον Lewis Bernard Καθηγητή Φυσικών Επιστημών που εδρεύει στα τμήματα χημείας και φυσικής του Πανεπιστημίου Πρίνστον. Επίσης, από τον Oliver Philcox επισκέπτης Ph.D. φοιτητής στο Ινστιτούτο τον Σεπτέμβριο του 2020 έως τον Αύγουστο του 2022.
Ανέλυσαν τα δεδομένα δημόσιας προσομοίωσης που δημιουργήθηκαν από το Πανεπιστήμιο Πρίνστον και το Ινστιτούτο Flatiron. Κάθε μία από τις 1.000 προσομοιώσεις αποτελείται από ένα δισεκατομμύριο «σωματίδια» σκοτεινής ύλης, των οποίων τα σμήνη, που σχηματίζονται από τη βαρυτική εξέλιξη, χρησιμεύουν ως αντιπρόσωπος για τους γαλαξίες.
Ένα από τα κύρια αποτελέσματα της εργασίας αφορά τους συσχετισμούς ζευγών γαλαξιών που συνδέονται τοπολογικά μεταξύ τους μέσω της συνάρτησης σύνδεσης ζεύγους. Με βάση αυτό —και τη σειρά άλλων περιγραφικών παραγόντων που προκύπτουν στη θεωρία των ετερογενών μέσων— η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι στις μεγαλύτερες κλίμακες (της τάξης πολλών εκατοντάδων megaparsec), το σύμπαν προσεγγίζει την υπερομοιομορφία, ενώ σε μικρότερες κλίμακες (μέχρι 10 megaparsecs) γίνεται σχεδόν αντιυπερομοιόμορφο και έντονα ανομοιογενές.
«Η αντιληπτή αλλαγή μεταξύ τάξης και αταξίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την κλίμακα», δήλωσε ο Torquato. «Η τεχνική του Πουαντιλιστή του Georges Seurat στον πίνακα A Sunday on La Grande Jatte (βλ. εικόνα παρακάτω) παράγει ένα παρόμοιο οπτικό αποτέλεσμα. Το έργο φαίνεται άτακτο όταν το βλέπει κανείς από κοντά και έχει μεγάλη τάξη από μακριά. Όσον αφορά το σύμπαν, ο βαθμός τάξης και αταξίας είναι πιο λεπτός, όπως συμβαίνει με ένα τεστ μελανιού Rorschach που μπορεί να ερμηνευτεί με άπειρους τρόπους».
Τα στατιστικά εργαλεία, ειδικά οι κατανομές πλησιέστερου γείτονα, τα διαγνωστικά ομαδοποίησης, οι κατανομές Poisson, τα κατώφλια διήθησης και η συνάρτηση σύνδεσης ζεύγους, επέτρεψαν στους ερευνητές να αναπτύξουν ένα συνεπές και αντικειμενικό πλαίσιο για τη μέτρηση της τάξης. Επομένως, τα ευρήματά τους, ενώ έγιναν σε ένα κοσμολογικό πλαίσιο, μεταφράζονται σε μια σειρά από άλλα δυναμικά, φυσικά συστήματα.
Αυτή η διεπιστημονική εργασία, που συνδυάζει τις τεχνικές της κοσμολογίας και της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης, έχει μελλοντικές επιπτώσεις και στα δύο πεδία. Πέρα από την κατανομή των γαλαξιών, πολλά άλλα χαρακτηριστικά του σύμπαντος μπορούν να εξερευνηθούν με αυτά τα εργαλεία, συμπεριλαμβανομένων των κοσμικών κενών και των ιονισμένων φυσαλίδων υδρογόνου που σχηματίστηκαν κατά τη φάση επαναιονισμού του σύμπαντος. Αντίθετα, τα νέα φαινόμενα που ανακαλύφθηκαν για το σύμπαν μπορεί επίσης να παρέχουν μια εικόνα για διάφορα υλικά συστήματα στη Γη. Η ομάδα αναγνωρίζει ότι θα χρειαστεί περισσότερη δουλειά για να εφαρμοστούν αυτές οι τεχνικές σε πραγματικά δεδομένα, αλλά αυτή η εργασία παρέχει μια ισχυρή απόδειξη της ιδέας με σημαντικές δυνατότητες.
ΚΑΤΕΒΑΣΤΕ ΤΟ APP
