Έννοια του Big Bang Expanding Universe

Αποκαλύπτοντας την προέλευση του Σύμπαντος – Ερευνητές αναλύουν περισσότερους από ένα εκατομμύριο γαλαξίες για να ρίξουν νέο φως

Με

Έννοια του Big Bang Expanding Universe

Μια μετασχηματιστική μελέτη ανέλυσε πάνω από ένα εκατομμύριο γαλαξίες για να εξερευνήσει την προέλευση της κοσμικής δομής, αποκαλύπτοντας σημαντικές ευθυγραμμίσεις σε σχήματα γαλαξιών σε τεράστιες αποστάσεις. Αυτή η έρευνα, χρησιμοποιώντας καινοτόμες μεθόδους και επιβεβαιώνει πτυχές της θεωρίας του πληθωρισμού, σηματοδοτεί μια σημαντική πρόοδο στην κατανόηση του σχηματισμού του σύμπαντος.

Μια ομάδα ερευνητών έχει αναλύσει περισσότερους από ένα εκατομμύριο γαλαξίες για να εξερευνήσει την προέλευση των σημερινών κοσμικών δομών, αναφέρει μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Φυσική Ανασκόπηση Δ ως πρόταση των συντακτών.

Μέχρι σήμερα, ακριβείς παρατηρήσεις και αναλύσεις του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου (CMB) και της δομής μεγάλης κλίμακας (LSS) έχουν οδηγήσει στην καθιέρωση του τυπικού πλαισίου του σύμπαντος, του λεγόμενου μοντέλου ΛCDM, όπου η ψυχρή σκοτεινή ύλη (CDM) και η σκοτεινή ενέργεια (η κοσμολογική σταθερά, Λ) είναι σημαντικά χαρακτηριστικά.

Παρατηρήσεις Δομής Μεγάλης Κλίμακας του Σύμπαντος

Μια εικόνα που προέκυψε από παρατηρήσεις μεγάλης κλίμακας δομής του σύμπαντος. Τα πολυάριθμα αντικείμενα που εμφανίζονται με κίτρινο έως κόκκινο αντιπροσωπεύουν όλα γαλαξίες εκατοντάδες εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη. Οι γαλαξίες έρχονται σε μεγάλη ποικιλία χρωμάτων και σχημάτων και είναι πάρα πολλοί για να μετρηθούν στην απεραντοσύνη του διαστήματος. Η χωρική κατανομή και το μοτίβο σχήματος αυτών των γαλαξιών δεν είναι τυχαία, αλλά έχουν πράγματι «συσχετίσεις» που προέρχονται από στατιστικές ιδιότητες των αρχέγονων διακυμάνσεων των σπόρων, όπως προβλέπονται από τον πληθωρισμό. Πίστωση: Subaru HSC

Αυτό το μοντέλο υποδηλώνει ότι οι αρχέγονες διακυμάνσεις δημιουργήθηκαν στην αρχή του σύμπαντος ή στο πρώιμο σύμπαν, οι οποίες λειτουργούσαν ως έναυσμα, οδηγώντας στη δημιουργία όλων των πραγμάτων στο σύμπαν, συμπεριλαμβανομένων των άστρων, των γαλαξιών, των σμηνών γαλαξιών και της χωρικής κατανομής τους σε όλο το διάστημα . Αν και είναι πολύ μικρές όταν δημιουργούνται, οι διακυμάνσεις αυξάνονται με το χρόνο λόγω της βαρυτικής δύναμης έλξης, σχηματίζοντας τελικά μια πυκνή περιοχή σκοτεινής ύλης ή ένα φωτοστέφανο. Στη συνέχεια, διαφορετικά φωτοστέφανα συγκρούστηκαν επανειλημμένα και συγχωνεύτηκαν το ένα με το άλλο, οδηγώντας στο σχηματισμό ουράνιων αντικειμένων όπως οι γαλαξίες.

Κατανομές Γαλαξιών και Πρωταρχικές Διακυμάνσεις

Δεδομένου ότι η φύση της χωρικής κατανομής των γαλαξιών επηρεάζεται έντονα από τη φύση των αρχέγονων διακυμάνσεων που τους δημιούργησαν αρχικά, οι στατιστικές αναλύσεις των κατανομών των γαλαξιών έχουν διεξαχθεί ενεργά για να διερευνήσουν παρατηρητικά τη φύση των αρχέγονων διακυμάνσεων. Επιπλέον, το χωρικό μοτίβο των σχημάτων των γαλαξιών που κατανέμονται σε μια ευρεία περιοχή του σύμπαντος αντανακλά επίσης τη φύση των υποκείμενων αρχέγονων διακυμάνσεων.

Ωστόσο, η συμβατική ανάλυση δομών μεγάλης κλίμακας έχει επικεντρωθεί μόνο στη χωρική κατανομή των γαλαξιών ως σημείων. Πιο πρόσφατα, οι ερευνητές άρχισαν να μελετούν τα σχήματα των γαλαξιών, επειδή όχι μόνο παρέχει πρόσθετες πληροφορίες, αλλά παρέχει επίσης μια διαφορετική προοπτική για τη φύση των αρχέγονων διακυμάνσεων.

Οπτικοποίηση του πώς οι «διαφορετικές» αρχέγονες διακυμάνσεις του σύμπαντος οδηγούν στη διαφορετική χωρική κατανομή της σκοτεινής ύλης

Οπτικοποίηση του τρόπου με τον οποίο οι «διαφορετικές» αρχέγονες διακυμάνσεις του σύμπαντος οδηγούν στη διαφορετική χωρική κατανομή της σκοτεινής ύλης. Το κεντρικό σχήμα (κοινό τόσο για την επάνω όσο και για την κάτω σειρά) δείχνει τις διακυμάνσεις στην κατανομή αναφοράς Gauss. Η διαβάθμιση χρώματος (μπλε προς κίτρινο) αντιστοιχεί στην τιμή της διακύμανσης σε αυτή τη θέση (περιοχές χαμηλής έως υψηλής πυκνότητας). Το αριστερό και το δεξί σχήμα δείχνουν διακυμάνσεις που αποκλίνουν ελαφρώς από την κατανομή Gauss ή είναι μη Gaussian. Το πρόσημο στην παρένθεση δείχνει το πρόσημο της απόκλισης από την Gaussianity, που αντιστοιχεί σε αρνητική (-) απόκλιση στα αριστερά και μια θετική (+) απόκλιση στα δεξιά. Η επάνω σειρά είναι ένα παράδειγμα ισότροπου μη-Γκαουσιανισμού. Σε σύγκριση με την κεντρική διακύμανση Gauss, το αριστερό σχήμα δείχνει αύξηση σε μεγάλες αρνητικές (σκούρο μπλε) περιοχές, ενώ το δεξιό σχήμα δείχνει αύξηση σε μεγάλες θετικές (φωτεινό κίτρινο) περιοχές. Είναι γνωστό ότι μπορούμε να αναζητήσουμε μια τέτοια ισοτροπική μη-Γκαουσιανότητα χρησιμοποιώντας τη χωρική κατανομή των παρατηρούμενων γαλαξιών. Το κάτω πλαίσιο δείχνει ένα παράδειγμα ανισότροπης μη-Γκαουσιανότητας. Σε σύγκριση με την ισότροπη θήκη στο επάνω πλαίσιο, η συνολική φωτεινότητα και το σκοτάδι παραμένουν αμετάβλητα από τη διακύμανση Gauss στο κεντρικό πλαίσιο, αλλά το σχήμα κάθε περιοχής έχει αλλάξει. Μπορούμε να αναζητήσουμε αυτή την «ανισότροπη» μη-Γκαουσιανότητα από το χωρικό μοτίβο των σχημάτων των γαλαξιών. Πίστωση: Kurita & Takada

Μια ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον τότε μεταπτυχιακό φοιτητή Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Toshiki Kurita (επί του παρόντος μεταδιδακτορικό ερευνητή στο Max Planck Institute for Astrophysics) και τον καθηγητή Kavli IPMU Masahiro Takada ανέπτυξε μια μέθοδο μέτρησης του φάσματος ισχύος των σχημάτων γαλαξιών, η οποία εξάγει βασικές στατιστικές πληροφορίες από μοτίβα σχήματος γαλαξιών συνδυάζοντας τα φασματοσκοπικά δεδομένα της χωρικής κατανομής των γαλαξιών και τα δεδομένα απεικόνισης μεμονωμένων σχημάτων γαλαξιών.

Ολοκληρωμένη Ανάλυση και Σημαντικά Ευρήματα

Οι ερευνητές ανέλυσαν ταυτόχρονα τη χωρική κατανομή και το μοτίβο σχήματος περίπου ενός εκατομμυρίου γαλαξιών από την Sloan Digital Sky Survey (SDSS), τη μεγαλύτερη έρευνα γαλαξιών στον κόσμο σήμερα.

Ως αποτέλεσμα, περιόρισαν με επιτυχία τις στατιστικές ιδιότητες των αρχέγονων διακυμάνσεων που δημιούργησαν τον σχηματισμό της δομής ολόκληρου του σύμπαντος.

Γράφημα φάσματος ισχύος σχήματος Galaxy

Οι μπλε κουκκίδες και οι γραμμές σφάλματος είναι οι τιμές του φάσματος ισχύος του σχήματος γαλαξία. Ο κατακόρυφος άξονας αντιστοιχεί στην ισχύ του συσχετισμού μεταξύ δύο σχημάτων γαλαξιών, δηλαδή στην ευθυγράμμιση των προσανατολισμών του σχήματος του γαλαξία. Ο οριζόντιος άξονας αντιπροσωπεύει την απόσταση μεταξύ δύο γαλαξιών, με τον αριστερό (δεξιό) άξονα να αντιπροσωπεύει τη συσχέτιση μεταξύ πιο απομακρυσμένων (πλησιέστερων) γαλαξιών. Οι γκρίζες κουκκίδες υποδεικνύουν μη φυσικές φαινομενικές συσχετίσεις. Το γεγονός ότι αυτή η τιμή είναι μηδέν εντός σφάλματος, όπως αναμενόταν, επιβεβαιώνει ότι τα μπλε σημεία μέτρησης είναι όντως αστροφυσικά σήματα. Η μαύρη καμπύλη είναι η θεωρητική καμπύλη από το πιο τυπικό πληθωριστικό μοντέλο και βρέθηκε ότι συμφωνεί με τα πραγματικά σημεία δεδομένων. Πίστωση: Kurita & Takada

Βρήκαν μια στατιστικά σημαντική ευθυγράμμιση των προσανατολισμών των σχημάτων δύο γαλαξιών που απέχουν περισσότερο από 100 εκατομμύρια έτη φωτός μεταξύ τους. Το αποτέλεσμά τους έδειξε ότι υπάρχουν συσχετισμοί μεταξύ μακρινών γαλαξιών των οποίων οι διαδικασίες σχηματισμού είναι φαινομενικά ανεξάρτητες και αιτιολογικά άσχετες.

«Σε αυτή την έρευνα, μπορέσαμε να επιβάλουμε περιορισμούς στις ιδιότητες των αρχέγονων διακυμάνσεων μέσω στατιστικής ανάλυσης των «σχημάτων» πολλών γαλαξιών που προέκυψαν από τα δεδομένα δομής μεγάλης κλίμακας. Υπάρχουν λίγα προηγούμενα για έρευνα που χρησιμοποιεί σχήματα γαλαξιών για να εξερευνήσει τη φυσική του πρώιμου σύμπαντος και η ερευνητική διαδικασία, από την κατασκευή της ιδέας και την ανάπτυξη μεθόδων ανάλυσης έως την πραγματική ανάλυση δεδομένων, ήταν μια σειρά δοκιμών και σφαλμάτων. Εξαιτίας αυτού, αντιμετώπισα πολλές προκλήσεις. Χαίρομαι όμως που μπόρεσα να τα ολοκληρώσω κατά τη διάρκεια του διδακτορικού μου προγράμματος. Πιστεύω ότι αυτό το επίτευγμα θα είναι το πρώτο βήμα για να ανοίξει ένα νέο ερευνητικό πεδίο κοσμολογίας χρησιμοποιώντας σχήματα γαλαξιών», δήλωσε ο Kurita.

Επιπλέον, μια λεπτομερής διερεύνηση αυτών των συσχετίσεων επιβεβαίωσε ότι είναι συνεπείς με τις συσχετίσεις που προβλέπονται από τον πληθωρισμό και δεν παρουσιάζουν ένα μη-Γκαουσιανό χαρακτηριστικό της αρχέγονης διακύμανσης.

«Αυτή η έρευνα είναι το αποτέλεσμα της διδακτορικής διατριβής του Toshiki. Είναι ένα υπέροχο ερευνητικό επίτευγμα στο οποίο αναπτύξαμε μια μέθοδο για την επικύρωση ενός κοσμολογικού μοντέλου χρησιμοποιώντας σχήματα γαλαξιών και κατανομές γαλαξιών, το εφαρμόσαμε σε δεδομένα και στη συνέχεια δοκιμάσαμε τη φυσική του πληθωρισμού. Ήταν ένα θέμα έρευνας που κανείς δεν είχε κάνει ποτέ πριν, αλλά έκανε και τα τρία βήματα: θεωρία, μέτρηση και εφαρμογή. Συγχαρητήρια! Είμαι πολύ περήφανος για το γεγονός ότι μπορέσαμε να κάνουμε και τα τρία βήματα. Δυστυχώς, δεν έκανα τη μεγάλη ανακάλυψη της ανίχνευσης μιας νέας φυσικής του πληθωρισμού, αλλά έχουμε χαράξει μια πορεία για μελλοντική έρευνα. Μπορούμε να περιμένουμε να ανοίξουμε περαιτέρω τομείς έρευνας χρησιμοποιώντας το Subaru Prime Focus Spectrograph», δήλωσε ο Takada.

Οι μέθοδοι και τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης θα επιτρέψουν στους ερευνητές στο μέλλον να δοκιμάσουν περαιτέρω τη θεωρία του πληθωρισμού.

Αναφορά: «Περιορισμοί στην ανισότροπη αρχέγονη μη-Γκαουσιανότητα από εγγενείς ευθυγραμμίσεις των γαλαξιών SDSS-III BOSS» από τους Toshiki Kurita και Masahiro Takada, 31 Οκτωβρίου 2023, Φυσική Ανασκόπηση Δ.
DOI: 10.1103/PhysRevD.108.083533

Η μετάφραση έγινε με τη βοήθεια του Google Translate
ΠΗΓΗ: scitechdaily.com

Απάντηση