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Die Forscher verwendeten Simulationen, um das kosmische Netz zu untersuchen, das fadenförmige Muster von Galaxien, das in großen Maßstäben im gesamten Universum existiert. Indem sie die Verteilung von Galaxien als eine Ansammlung von Punkten behandelten und mathematische Techniken anwandten, die für die Materialwissenschaften entwickelt wurden, quantifizierten sie die relative Unordnung des Universums und erlangten ein besseres Verständnis seiner grundlegenden Struktur. Bildnachweis: NASA/University of Chicago und Adler Planetarium and Astronomy Museum
Das Universum ist mit Galaxien übersät, die in großen Maßstäben ein fadenförmiges Muster aufweisen, das als kosmisches Netz bekannt ist. Diese bunte Verteilung von kosmischem Material ist in gewisser Weise wie Blaubeeren auf einem Muffin, wo Material in bestimmten Bereichen klumpt, in anderen jedoch fehlen kann.
Basierend auf einer Reihe von Simulationen begannen die Forscher, die heterogene Struktur des Universums zu untersuchen, indem sie die Verteilung von Galaxien als eine Ansammlung von Punkten behandelten – wie die einzelnen Materieteilchen, aus denen ein Material besteht – und nicht als kontinuierliche Verteilung. Diese Technik ermöglichte die Anwendung von Mathematik, die für die Materialwissenschaften entwickelt wurde, um die relative Unordnung des Universums zu quantifizieren, was ein besseres Verständnis seiner grundlegenden Struktur ermöglichte.
Visualisierung der größten Strukturen im Universum aus dem Sloan Digital Sky Survey. Bildnachweis: NASA/University of Chicago und Adler Planetarium and Astronomy Museum
„Wir fanden heraus, dass sich die Verteilung von Galaxien im Universum stark von den physikalischen Eigenschaften herkömmlicher Materialien unterscheidet und ihre eigene einzigartige Signatur hat“, erklärte Oliver Philcox, Co-Autor der Studie.
Diese Arbeit, jetzt erschienen in Körperliche Überprüfung Xwurde von Salvatore Torquato, Frequent Fellow und Visitor des Institute for Advanced Study und Lewis-Bernard-Professor für Naturwissenschaften mit Sitz in, durchgeführt[{” attribute=””>Princeton University’s departments of chemistry and physics; and Oliver Philcox a visiting Ph.D. student at the Institute from September 2020 to August 2022, now a Junior Fellow in the Simons Society of Fellows, hosted at
Diese Visualisierung zeigt eine 3D-Ansicht der größten Strukturen im Universum. Es beginnt mit Daten aus der Sloan Digital Sky Survey und zoomt heraus, um WMAP-Daten anzuzeigen. Kredit:[{” attribute=””>NASA/
A section of the universe (black and white), with dark matter halos indicated by points and their associated large-scale topological structures indicated by colors. Credit: Philcox & Torquato; The Quijote Simulations
“The perceived shift between order and disorder depends largely on scale,” stated Torquato. “The pointillist technique of Georges Seurat in the painting A Sunday on La Grande Jatte (see image below) produces a similar visual effect; the work appears disordered when viewed up-close and highly ordered from afar. In terms of the universe, the degree of order and disorder is more subtle, as with a Rorschach inkblot test that can be interpreted in an infinite number of ways.”
“A Sunday on La Grande Jatte” by Georges Seurat.
Statistical tools, specifically nearest-neighbor distributions, clustering diagnostics, Poisson distributions, percolation thresholds, and the pair-connectedness function, allowed the researchers to develop a consistent and objective framework for measuring order. Therefore, their findings, while made in a cosmological context, translate to a number of other dynamical, physical systems.
This interdisciplinary work, combining the techniques of cosmology and condensed matter physics, has future implications for both fields. Beyond the distribution of galaxies, many other features of the universe can be explored with these tools, including cosmic voids and the ionized hydrogen bubbles that formed during the reionization phase of the universe. Conversely, the novel phenomena discovered about the universe may also provide insight into various material systems on Earth. The team recognizes that more work will be needed before these techniques can be applied to real data, but this work provides a strong proof-of-concept with significant potential.
Reference: “Disordered Heterogeneous Universe: Galaxy Distribution and Clustering across Length Scales” by Oliver H. E. Philcox and Salvatore Torquato, 14 March 2023, Physical Review X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011038
