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.

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Зачем на пульте телевизора четыре цветные кнопки и почему они часто ничего не делают

На телевизионном пульте почти всё понятно без инструкции. Цифры переключают каналы, качелька меняет громкость, кнопка с домиком открывает главное меню. Но рядом встречается загадочная четвёрка:...

Крок-месье: как горячий бутерброд с ветчиной и сыром стал классикой парижских кафе

Крок-месье не похож на блюдо, которому нужна легенда. Два ломтика хлеба, ветчина, сыр, жар — конструкция почти вызывающе проста. Но именно такие вещи иногда лучше всего приживаются в...

Почему пассажирские самолёты заправляют авиационным керосином, а не бензином

Самое массовое топливо для транспорта в мире — бензин. Однако не больших самолетов. Авиационный керосин — основной вид топлива для современных пассажирских и грузовых лайнеров...

Почему DTF-перенос отваливается после стирки: что происходит с клеевым слоем при разных режимах пресса

DTF-печать на одежде выглядит простой технологией: напечатал плёнку, присыпал порошком, запрессовал. Сразу после пресса принт обычно выглядит безупречно. Неприятности начинаются позже, через три...

Почему в ЗАГСе подпись ставит сначала невеста, а потом жених

Церемония государственной регистрации брака в органах ЗАГС всегда вызывает особые эмоции. Молодожёны стоят перед сотрудником, произносят слова согласия, обмениваются кольцами и в определённый...