Simulimet me pika ofrojnë perspektivë mbi strukturën e universit

Universi është i mbushur me galaktika, të cilat, në shkallë të mëdha, shfaqin një model filamentar, të referuar si rrjeta kozmike. Kjo shpërndarje heterogjene e materialit kozmik është në një farë mënyre si boronica në një kifle ku materiali grumbullohet në zona të caktuara, por mund të mungojë në të tjera.

Bazuar në një seri simulimesh, studiuesit kanë filluar të hetojnë strukturën heterogjene të universit duke e trajtuar shpërndarjen e galaktikave si një koleksion pikash – si grimcat individuale të materies që përbëjnë një material – dhe jo si një shpërndarje të vazhdueshme. Kjo teknikë ka mundësuar aplikimin e matematikës të zhvilluar për shkencën e materialeve për të përcaktuar sasinë e çrregullimit relativ të universit, duke mundësuar një kuptim më të mirë të strukturës së tij themelore.

“Ajo që zbuluam ishte se shpërndarja e galaktikave në univers është krejt e ndryshme nga vetitë fizike të materialeve konvencionale, duke pasur nënshkrimin e vet unik,” shpjegoi Oliver Philcox, një bashkëautor i studimit.

Kjo punë, e botuar tani në Physical Review X, u krye nga Salvatore Torquato, Anëtar dhe Vizitor i shpeshtë në Institutin për Studime të Avancuara dhe Lewis Bernard Profesor i Shkencave të Natyrës me bazë në departamentet e kimisë dhe fizikës të Universitetit Princeton; dhe Oliver Philcox një vizitor Ph.D. student në Institut nga shtatori 2020 deri në gusht 2022, tani një anëtar i ri në Simons Society of Fellows, i pritur në Universitetin e Kolumbisë.

Dyshja analizoi të dhënat e simulimit publik të krijuara nga Universiteti Princeton dhe Instituti Flatiron. Secila nga 1000 simulimet përbëhet nga një miliard “grimca” të materies së errët, grupimet e të cilave, të formuara nga evolucioni gravitacional, shërbejnë si një përfaqësues për galaktikat.

Një nga rezultatet kryesore të punimit ka të bëjë me korrelacionet e çifteve të galaktikave që janë të lidhura topologjikisht me njëra-tjetrën me anë të funksionit të lidhjes çift. Bazuar në këtë – dhe grupin e përshkruesve të tjerë që lindin në teorinë e mediave heterogjene – ekipi hulumtues tregoi se në shkallët më të mëdha (në renditjen e disa qindra megaparsekëve), universi i afrohet hiperuniformitetit, ndërsa në shkallë më të vogla (deri në 10 megaparsek) bëhet pothuajse antihiperuniform dhe fort johomogjen.

“Ndryshimi i perceptuar midis rendit dhe çrregullimit varet kryesisht nga shkalla,” tha Torquato. “Teknika pointilliste e Georges Seurat në pikturën Një e diel në La Grande Jatte prodhon një efekt vizual të ngjashëm; vepra duket e çrregullt kur shihet nga afër dhe shumë e renditur nga larg. Për sa i përket universit, shkalla e rendit dhe e çrregullimit është më delikate, si me një test të njollosjes së bojës Rorschach që mund të interpretohet në një numër të pafund mënyrash.”

Mjetet statistikore, veçanërisht shpërndarjet e fqinjëve më të afërt, diagnostifikimi i grupimeve, shpërndarjet Poisson, pragjet e perkolimit dhe funksioni i lidhjes së çifteve, i lejuan studiuesit të zhvillonin një kornizë të qëndrueshme dhe objektive për matjen e rendit. Prandaj, gjetjet e tyre, ndërsa bëhen në një kontekst kozmologjik, përkthehen në një sërë sistemesh të tjera dinamike, fizike.

Kjo punë ndërdisiplinore, duke kombinuar teknikat e kozmologjisë dhe fizikës së lëndës së kondensuar, ka implikime të ardhshme për të dyja fushat. Përtej shpërndarjes së galaktikave, shumë veçori të tjera të universit mund të eksplorohen me këto mjete, duke përfshirë zbrazëtitë kozmike dhe flluskat e hidrogjenit të jonizuar që u formuan gjatë fazës së rijonizimit të universit.

Anasjelltas, fenomenet e reja të zbuluara rreth universit mund të ofrojnë gjithashtu një pasqyrë të sistemeve të ndryshme materiale në Tokë. Ekipi pranon se do të nevojitet më shumë punë përpara se këto teknika të mund të aplikohen në të dhëna reale, por kjo punë ofron një provë të fortë koncepti me potencial të konsiderueshëm.