Инновационные симуляции предлагают свежий взгляд на космический порядок и беспорядок

Новые методы в материаловедении раскрывают понимание порядка и беспорядка во Вселенной

Вселенная представляет собой огромное пространство, заполненное галактиками, которые в больших масштабах демонстрируют нитевидный узор, известный как космическая паутина. Это неравномерное распределение космического материала можно сравнить с черникой в ​​булочке, причем в одних областях концентрация материала выше, чем в других.

Применение материаловедения к космической структуре

Исследователи недавно начали исследовать неоднородную структуру Вселенной, рассматривая распределение галактик как совокупность точек, подобных отдельным частицам материи в материале, а не как непрерывное распределение. Этот инновационный подход позволил применить математические методы материаловедения для количественной оценки относительного беспорядка во Вселенной, что в конечном итоге привело к более глубокому пониманию ее фундаментальной структуры.

По словам Оливера Филкокса, «распределение галактик во Вселенной сильно отличается от физических свойств обычных материалов, имеющих свои уникальные особенности». Исследование опубликовано в журнале Physical Review X.

Анализ общедоступных данных моделирования

Исследование, проведенное под руководством Сальваторе Торквато, постоянного члена и посетителя Института перспективных исследований, и Оливера Филкокса, приглашенного доктора философии. студент Института изучил общедоступные данные моделирования, подготовленные Принстонским университетом и Институтом Флэтайрон. В каждой из 1000 симуляций миллиарды «частиц» темной материи были сгруппированы, выступая в качестве замены галактик, сформированных в процессе гравитационной эволюции.

Изучение порядка и беспорядка во Вселенной

Ключевое открытие исследования связано с отношениями между парами галактик, которые топологически связаны через функцию парной связности. Исследователи показали, что в самых больших масштабах (охватывающих несколько сотен мегапарсеков) Вселенная имеет тенденцию к сверходнородности. Наоборот, в меньших масштабах (до 10 мегапарсек) он проявляет почти антигипероднородность и значительную неоднородность.

Как объясняет Торквато, «воспринимаемый сдвиг между порядком и беспорядком во многом зависит от масштаба». Аналогичный эффект можно наблюдать в пуантилистской картине Жоржа Сёра «Воскресенье на Гранд-Жатт», где работа кажется беспорядочной вблизи, но очень упорядоченной на расстоянии.

Статистические инструменты и будущие последствия

Используя статистические методы, такие как распределение ближайших соседей, диагностика кластеров, распределения Пуассона, пороги перколяции и функция парной связности, исследователи создали согласованную и непредвзятую основу для оценки порядка. Результаты этого исследования имеют значение не только в области космологии, но и для различных других динамических физических систем.

Эта междисциплинарная работа, сочетающая методы космологии и физики конденсированного состояния, может оказать влияние на обе области. С помощью этих инструментов ученые могут исследовать различные особенности Вселенной, в том числе космические пустоты и пузыри ионизированного водорода, образовавшиеся во время фазы реионизации Вселенной. Кроме того, уникальные явления, обнаруженные во Вселенной, могут дать представление о различных материальных системах на Земле.

Хотя требуется дополнительная работа, прежде чем эти методы можно будет применить к реальным данным, это исследование служит убедительным доказательством концепции со значительным потенциалом.