Кластеризация галактик: что это такое и как ученые ее изучают

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Вселенная — это бесконечный океан загадок, а галактики — его мерцающие острова. Ученые, подобно космическим детективам, стремятся разгадать тайны их рождения, эволюции и взаимодействия, используя для этого мощный инструмент — обзоры красных смещений галактик. Представьте себе огромную трехмерную карту Вселенной, где каждая точка — это галактика, а ее цвет указывает на скорость удаления от нас. Эта карта, созданная на основе анализа спектров далеких галактик, позволяет заглянуть в прошлое и увидеть, как менялась структура Вселенной на протяжении миллиардов лет.

Автор: Designer

Однако, подобно тому, как детективу недостаточно просто знать расположение улик на месте преступления, ученым мало просто иметь карту распределения галактик. Чтобы понять, какие силы двигают космической эволюцией, нужно расшифровать скрытые закономерности в расположении галактик — их «кластеризацию».

Здесь на сцену выходят загадочные «корреляционные функции» — математические инструменты, которые описывают, как галактики группируются друг с другом. Проще говоря, они показывают, насколько вероятно найти галактику рядом с другой галактикой на определенном расстоянии.

Долгое время ученые полагались на двухточечные корреляционные функции — своего рода «линейки», измеряющие связь между парами галактик. Но подобно тому, как картина состоит не только из точек, а из сложных переплетений линий и форм, так и Вселенная не может быть описана только парными взаимодействиями.

Измеренный спектр мощности монополя. a Монополь (умноженный на k) трех типов спектров мощности, указанных в легенде, измеренный по макетам галактики МОЛИНО; b Повернутые спектры мощности монополя, определенные в уравнении. На обеих панелях линии в центре обозначают среднее значение макетов, а оттенки представляют неопределенность уровня достоверности 68%.
Измеренный спектр мощности монополя. a Монополь (умноженный на k) трех типов спектров мощности, указанных в легенде, измеренный по макетам галактики МОЛИНО; b Повернутые спектры мощности монополя, определенные в уравнении. На обеих панелях линии в центре обозначают среднее значение макетов, а оттенки представляют неопределенность уровня достоверности 68%.
Автор: Wang, Y., Zhao, GB., Koyama, K. et al. Extracting high-order cosmological information in galaxy surveys with power spectra. Commun Phys7, 130 (2024). https://doi.org/10.1038/s42005-024-01624-7(CC-BY 4.0) Источник: www.nature.com

И тут на помощь приходят N-точечные корреляционные функции — более сложные инструменты, учитывающие взаимодействие не только пар, но и групп из трех, четырех и более галактик. Они раскрывают перед учеными новые горизонты, позволяя исследовать такие фундаментальные вопросы, как природа темной материи и темной энергии — таинственных сущностей, составляющих большую часть Вселенной.

Однако, использование N-точечных функций — задача не из легких. Это подобно попытке собрать сложный пазл, где каждая деталь — это измерение, требующее огромных вычислительных ресурсов и сложного моделирования.

Но недавно китайские ученые и их коллеги совершили прорыв, найдя способ «перевести» информацию из N-точечных функций на язык двухточечных. Это как если бы они изобрели специальный алгоритм, который позволяет по расположению двух точек на карте восстановить всю картину целиком!

Горизонтальные графики с уровнем достоверности 68% на σ8 и logM0 на основе различных комбинаций данных.  
Горизонтальные графики с уровнем достоверности 68% на σ8 и logM0 на основе различных комбинаций данных.
Автор: Wang, Y., Zhao, GB., Koyama, K. et al. Extracting high-order cosmological information in galaxy surveys with power spectra. Commun Phys7, 130 (2024). https://doi.org/10.1038/s42005-024-01624-7 (CC-BY 4.0) Источник: www.nature.com

Новый метод, основанный на технологии реконструкции плотности, открывает перед учеными новые горизонты в изучении Вселенной. Он позволит более эффективно использовать информацию из будущих обзоров галактик, таких как DESI, PFS и CSST, и приблизиться к разгадке величайших тайн космоса.

Так что же ждет нас впереди? Возможно, с помощью новых методов анализа данных мы сможем наконец-то понять, из чего состоит наша Вселенная, как она возникла и куда движется. И тогда космические головоломки, над которыми бьются ученые, сложатся в единую, захватывающую картину.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Уборка космоса отменяется: почему «орбитальные мусоровозы» не спасут нас от космического мусора

С декабря 2024 по май 2025 года спутники группировки Starlink выполнили 144 404 маневра уклонения от потенциальных столкновений. Согласно отчетам компании SpaceX для Федеральной комиссии по связи...

Земля сама себя подставила: почему сильнейшую за 20 лет магнитную бурю на 90% создало не Солнце

В середине мая 2024 года на Земле произошла крупнейшая за два десятилетия геомагнитная буря. Серия мощных выбросов плазмы из солнечной короны достигла нашей планеты 10 мая и вызвала...

В детстве вы осознавали мир глубже, чем сегодня: ученые выяснили, куда уходит острота восприятия

В возрасте 5 или 6 лет любое событие окружающего мира вызывает у человека сильный отклик и воспринимается во всех подробностях. Ребенок, который еще не знаком с законами физики и метеорологии,...

Остров Буве: можно пересечь океан и так и не сойти на берег

Экспедицию готовили два года. Двадцать участников, судно с вертолётами, оборудование и бюджет около 750 тысяч долларов. В начале 2018 года команда добралась морем до острова Буве. Оставалось...

На Гавайи завезли непальских фазанов, и они спровоцировали распространение инвазивной банановой маракуйи

В 1962 году на гавайском ранчо Пуу Вааваа выпустили 67 непальских фазанов. Вид планировали разводить в качестве новой дичи для охоты. Однако спустя десятилетия Служба национальных парков США...

Обзор игровой мышки VXE Dragonfly X3 Pro

VXE Dragonfly X3 Pro — беспроводная игровая мышь, в которой производитель сделал акцент на небольшом весе, точности позиционирования и гибкости настроек. Модель получила симметричный...