Вселенная усеяна галактиками, которые в больших масштабах демонстрируют нитевидную структуру, называемую космической паутиной. Это неоднородное распределение космического материала в некотором роде напоминает изюм в тесте, где материал скапливается в одних областях, но может отсутствовать в других.
На основе ряда симуляций исследователи начали изучать неоднородную структуру Вселенной, рассматривая распределение галактик не как непрерывное распределение, а как совокупность точек, подобно отдельным частицам вещества, из которых состоит материал, сообщает Phys.org.
Этот метод позволил применить математику, разработанную для материаловедения, для количественной оценки относительного беспорядка во Вселенной, что дает возможность лучше понять ее фундаментальную структуру.
«Мы обнаружили, что распределение галактик во Вселенной сильно отличается от физических свойств обычных материалов, имея свою собственную уникальную подпись», — пояснил Оливер Филкокс, соавтор исследования.
Ученые проанализировали данные публичного моделирования, проведенного Принстонским университетом и Институтом Флэтайрон. Каждая из 1000 симуляций состоит из миллиарда «частиц» темной материи, чьи скопления, образовавшиеся в результате гравитационной эволюции, служат косвенными признаками галактик.
Один из основных результатов работы касается корреляций пар галактик, которые топологически связаны друг с другом с помощью функции парной связанности. На основе этой функции и множества других дескрипторов, возникающих в теории неоднородных сред, исследовательская группа показала, что на самых больших масштабах (порядка нескольких сотен мегапарсек) Вселенная приближается к гипероднородности, тогда как на меньших масштабах (до 10 мегапарсек) она становится почти антигипероднородной и сильно неоднородной.
«Воспринимаемый сдвиг между порядком и беспорядком в значительной степени зависит от масштаба. Пуантилистская техника Жоржа Серата в картине «Воскресенье на Большой Джатте» производит аналогичный визуальный эффект — работа кажется неупорядоченной при близком рассмотрении и очень упорядоченной издалека. Что касается Вселенной, то степень порядка и беспорядка более тонкая, как в тесте Роршаха, который можно интерпретировать бесконечным количеством способов», — заявил Сальваторе Торквато, частый член и посетитель Института перспективных исследований.
Статистические инструменты, в частности распределения ближайших соседей, диагностика кластеризации, распределение Пуассона, пороги перколяции и функция парной связанности, позволили исследователям разработать последовательную и объективную основу для измерения порядка. Поэтому их выводы, хотя и сделанные в космологическом контексте, применимы к ряду других динамических физических систем.
Эта междисциплинарная работа, объединяющая методы космологии и физики конденсированного вещества, имеет будущие последствия для обеих областей. Помимо распределения галактик, с помощью этих инструментов можно исследовать многие другие особенности Вселенной, включая космические пустоты и пузырьки ионизированного водорода, которые образовались на этапе реионизации Вселенной.
И наоборот, новые явления, обнаруженные во Вселенной, могут также дать представление о различных материальных системах на Земле. Команда признает, что потребуется еще много работы, прежде чем эти методы можно будет применить к реальным данным, но эта работа представляет собой убедительное доказательство концепции со значительным потенциалом.
