Новый взгляд на состав Вселенной — распределение галактик может измениться

Наша Вселенная буквально усеяна галактиками. При рассмотрении в большом масштабе можно заметить, что их распределение нитевидно — это рисунок еще называют космической паутиной. Такое неоднородное распределение галактик в некотором смысле напоминает ягоды в кексе, когда они скапливаются в определенных областях, но при этом отсутствуют в других.

В новом исследовании ученые рассмотрели распределение галактик как совокупность точек, а не как непрерывное распределение — по аналогии с отдельными частицами материи, из которых состоит какой-либо материал. Этот подход позволил применить математические методы, разработанные для материаловедения, и провести количественную оценку относительного хаоса Вселенной, что позволило лучше понять ее фундаментальную структуру.

Благодаря такому подходу авторы работы, опубликованной в Physical Review X, обнаружили, что принцип распределения галактик во Вселенной существенно отличается от физических свойств обычных материалов.

Исследователи проанализировали общедоступные данные компьютерного моделирования, сгенерированные Принстонским университетом и Институтом Флэтайрон в США. Каждая из 1000 симуляций состояла из миллиарда «частиц» темной материи, скопления которых, образованные в результате гравитационной эволюции, выступают своего рода аналогом галактик.

Один из основных результатов исследования — это корреляция пар галактик, которые топологически связаны друг с другом посредством функции парной связности. Основываясь на этом и множестве других дескрипторов, возникающих в теории гетерогенных сред, исследователи продемонстрировали, что в самых больших масштабах (порядка нескольких сотен мегапарсек) Вселенная приближается к гиперуниформности и сверхгомогенности. При этом в меньших масштабах (до 10 мегапарсек) Вселенная становится почти антигиперуниформной и сильно неоднородной.

Статистические инструменты, такие как функция ближайшего соседа, кластерный анализ, распределение Пуассона, пороги перколяции и функция парной связности, позволили авторам исследования разработать последовательную и объективную структуру для измерения порядка во Вселенной. Следовательно, их выводы, хотя и сделанные в космологическом контексте, переносятся на ряд других динамических физических систем.

Эта работа объединяет методы космологии и физики конденсированных сред, а потому играет важную роль для обеих сфер. При помощи инструментов, задействованных в исследовании, можно изучать не только распределение галактик, но и другие особенности Вселенной, в том числе космические пустоты и области ионизированного водорода, сформированные во время фазы реионизации Вселенной.

А обнаруженные новые особенности Вселенной могут дать представление о различных системах на Земле. Сейчас исследователи считают, что нужно провести дополнительную работу, прежде чем эти инструменты будут применимы к реальным данным.