Элегантное решение показывает, как Вселенная получила свою структуру

Десятилетний обзор десятков тысяч галактик, сделанный с помощью телескопа Магеллана Бааде в обсерватории Лас-Кампанас в Чили, дал новый подход к раскрытию этой фундаментальной тайны. Результаты, представленные Дэниелом Келсоном из Карнеги, опубликованы в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.

«Как описать неописуемое?» спрашивает Келсон.

«Наша тактика дает новое и интуитивно понятное понимание того, как гравитация стимулировала рост структур с самых ранних времен Вселенной», - сказал соавтор Эндрю Бенсон. «Это прямой, основанный на наблюдениях тест одного из столпов космологии».

Исследование Carnegie-Spitzer-IMACS (CSI) было разработано для изучения взаимосвязи между ростом галактики и окружающей средой за последние 9 миллиардов лет, когда были определено появление современных галактик.

Первые галактики были сформированы спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, который превратил Вселенную в горячий мутный суп из чрезвычайно энергичных частиц. Когда материал расширился от первоначального взрыва, он остыл, и частицы объединились в нейтральный газообразный водород. Некоторые пятна были более плотными, чем другие, и их гравитация преодолела внешнюю траекторию Вселенной, и материал коллапсировал, образуя первые скопления структур в космосе.

Различия в плотности, позволяющие формировать большие и малые структуры в одних местах, а не в других, были давней увлекательной темой. Но до сих пор способности астрономов моделировать рост структур во Вселенной за последние 13 миллиардов лет сталкивались с математическими ограничениями.

«Гравитационные взаимодействия, происходящие между всеми частицами во Вселенной, слишком сложны, чтобы объяснить их простой математикой», - сказал Бенсон.

Таким образом, астрономы либо использовали математическое приближение, которое ставило под угрозу точность их моделей, либо большие компьютерные симуляции, которые численно моделировали все взаимодействия между галактиками, но не все взаимодействия, происходящие между всеми частицами, что считалось слишком сложным.

«Основная цель нашего исследования состояла подсчете массы звезд, присутствующих в огромной выборке далеких галактик, и затем использовать эту информацию, чтобы сформулировать новый подход к пониманию формирования структур во Вселенной», объяснил Келсон.

Исследовательская группа впервые продемонстрировала, что рост отдельных протоструктур может быть рассчитан, а затем усреднен по всему пространству.

Это показало, что более плотные сгустки росли быстрее, а менее плотные - медленнее.

Затем они смогли работать в обратном направлении и определить первоначальные распределения и скорости роста флуктуаций плотности, которые в конечном итоге стали крупномасштабными структурами, определяющими распределение галактик, которое мы видим сегодня.

По сути, их работа дала простое, но точное описание того, почему и как колебания плотности растут так же в реальной Вселенной, а также в вычислительной работе, которая лежит в основе нашего понимания младенчества Вселенной.

«Многие учреждения не смогли бы самостоятельно реализовать проект такого масштаба», - сказал директор обсерваторий Джон Мулчи. «Но благодаря телескопам Magellan мы смогли провести это исследование и создать новый подход к ответу на классический вопрос».

«Хотя нет никаких сомнений в том, что для этого проекта потребовались ресурсы такого учреждения, как Карнеги, наша работа также не могла бы состояться без огромного количества дополнительных инфракрасных изображений, которые мы смогли получить в обсерваториях Кит Пик и Серро-Тололо, которые являются частью Национальной обсерватории оптической астрономии (NOAO)», добавил Келсон.