Точечные симуляции дают представление о структуре Вселенной
Вселенная усеяна галактиками, которые в больших масштабах демонстрируют нитевидный узор – космическую паутину. Это неоднородное распределение космического материала немного похоже на начинку в булочке, когда она скапливается в одних областях, но может отсутствовать в других.
Используя серию симуляций, учёные исследовали неоднородную структуру Вселенной, рассматривая распределение галактик как совокупность точек, а не как непрерывное распределение. Этот метод позволил применить математику, разработанную для материаловедения, для количественной оценки относительной неупорядоченности Вселенной.
«Мы обнаружили, что распределение галактик во Вселенной сильно отличается от физических свойств обычных материалов и имеет свою собственную уникальную сигнатуру», — объяснил Оливер Филкокс, соавтор исследования.
Эта работа, опубликованная в Physical Review X, была проведена Сальваторе Торквато, постоянным членом Института перспективных исследований, Льюисом Бернардом, профессором естественных наук Принстонского университета, и Оливером Филкоксом, младшим научным сотрудником Общества стипендиатов Саймонса.
Исследователи проанализировали общедоступные данные моделирования, сгенерированные Принстонским университетом и Институтом Флэтайрон. Каждая из 1000 симуляций состоит из миллиарда частиц тёмной материи, чьи скопления, образованные в результате гравитационной эволюции, служат прототипом галактик.
Один из основных результатов работы касается корреляций пар галактик, которые топологически связаны друг с другом с помощью функции парной связанности. Основываясь на этом — и множестве других дескрипторов, возникающих в теории гетерогенных сред, — исследовательская группа показала, что в самых больших масштабах (порядка нескольких сотен мегапарсеков) Вселенная приближается к гиперуниформности, в то время как в меньших масштабах (до 10 мегапарсеков) она становится почти антигиперуниформной и сильно неоднородной.
Статистические инструменты позволили исследователям разработать последовательную и объективную структуру для измерения порядка. Таким образом, их выводы, хотя и сделанные в космологическом контексте, применимы к ряду других динамических физических систем.
