Zespół badaczy przeanalizował ponad milion galaktyk, aby zbadać pochodzenie współczesnych struktur kosmicznych, jak podaje niedawne badanie opublikowane w Physical Review D jako sugestia redaktora.
Do dziś precyzyjne obserwacje i analizy kosmicznego mikrofalowego tła (CMB) i struktury wielkoskalowej (LSS) doprowadziły do ustalenia standardowych ram Wszechświata, tak zwanego modelu ΛCDM, w którym zimna ciemna materia (CDM) i ciemna energia (stała kosmologiczna Λ) to istotne cechy.
Model ten sugeruje, że pierwotne fluktuacje powstały na początku wszechświata lub we wczesnym wszechświecie, co zadziałało jako wyzwalacze, prowadząc do powstania wszystkich rzeczy we wszechświecie, w tym gwiazd, galaktyk, gromad galaktyk i ich przestrzennego rozmieszczenia w przestrzeni . Chociaż są one bardzo małe w momencie wygenerowania, fluktuacje rosną z czasem ze względu na siłę przyciągania grawitacyjnego, ostatecznie tworząc gęsty obszar ciemnej materii, czyli halo. Następnie różne halo wielokrotnie zderzały się i łączyły ze sobą, co doprowadziło do powstania obiektów niebieskich, takich jak galaktyki.
Ponieważ na charakter przestrzennego rozmieszczenia galaktyk duży wpływ ma natura pierwotnych fluktuacji, które je stworzyły, aktywnie prowadzono analizy statystyczne rozkładów galaktyk w celu obserwacyjnego zbadania natury pierwotnych fluktuacji. Oprócz tego przestrzenny wzór kształtów galaktyk rozmieszczonych na dużym obszarze Wszechświata odzwierciedla również naturę podstawowych fluktuacji pierwotnych.
Jednak konwencjonalna analiza struktur wielkoskalowych skupiała się jedynie na przestrzennym rozmieszczeniu galaktyk jako punktów. Niedawno badacze zaczęli badać kształty galaktyk, ponieważ nie tylko dostarcza to dodatkowych informacji, ale także zapewnia inną perspektywę na naturę pierwotnych fluktuacji.
Zespół badaczy, kierowany przez ówczesnego absolwenta Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), Toshiki Kurita (obecnie doktorant w Instytucie Astrofizyki Maxa Plancka) i profesora Kavli IPMU Masahiro Takada opracowali metodę pomiaru widma mocy kształtów galaktyk, która wyodrębnia kluczowe informacje statystyczne z wzorców kształtów galaktyk poprzez połączenie danych spektroskopowych dotyczących przestrzennego rozmieszczenia galaktyk i danych obrazowania poszczególnych kształtów galaktyk.
Naukowcy jednocześnie przeanalizowali rozkład przestrzenny i wzór kształtu około miliona galaktyk z Sloan Digital Sky Survey (SDSS), największego obecnie na świecie przeglądu galaktyk.
W rezultacie skutecznie ograniczyli właściwości statystyczne pierwotnych fluktuacji, które zapoczątkowały powstanie struktury całego wszechświata.
Odkryli statystycznie istotne dopasowanie orientacji kształtów dwóch galaktyk oddalonych od siebie o ponad 100 milionów lat świetlnych. Wyniki pokazały, że istnieją korelacje pomiędzy odległymi galaktykami, których procesy formowania są pozornie niezależne i niezwiązane przyczynowo.
„W ramach tych badań byliśmy w stanie nałożyć ograniczenia na właściwości pierwotnych fluktuacji poprzez analizę statystyczną „kształtów” licznych galaktyk uzyskanych z danych o strukturach wielkoskalowych. Niewiele jest precedensów w badaniach wykorzystujących kształty galaktyk do badania fizyka wczesnego Wszechświata i proces badawczy, od skonstruowania pomysłu i opracowania metod analizy do faktycznej analizy danych, był serią prób i błędów. Z tego powodu stanąłem przed wieloma wyzwaniami. Ale jestem zadowolony że udało mi się je zrealizować w trakcie studiów doktoranckich. Wierzę, że to osiągnięcie będzie pierwszym krokiem do otwarcia nowej dziedziny badań kosmologii z wykorzystaniem kształtów galaktyk “- powiedziała Kurita.
Co więcej, szczegółowe badanie tych korelacji potwierdziło, że są one zgodne z korelacjami przewidywanymi przez inflację i nie wykazują niegaussowskiej cechy pierwotnej fluktuacji.
„Te badania są wynikiem rozprawy doktorskiej Toshikiego. To wspaniałe osiągnięcie badawcze, w ramach którego opracowaliśmy metodę walidacji modelu kosmologicznego przy użyciu kształtów galaktyk i rozkładów galaktyk, zastosowaliśmy ją do danych, a następnie przetestowaliśmy fizykę inflacji. To było tematu badawczego, jakiego nikt wcześniej nie robił, a wykonał wszystkie trzy kroki: teorię, pomiar i zastosowanie. Gratulacje! Jestem bardzo dumny, że udało nam się przejść wszystkie trzy kroki. Niestety nie udało mi się to wspaniałe odkrycie w zakresie wykrywania nowej fizyki inflacji, ale wytyczyliśmy ścieżkę dla przyszłych badań. Możemy spodziewać się otwarcia dalszych obszarów badań za pomocą spektrografu Subaru Prime Focus” – powiedział Takada.
Metody i wyniki tego badania pozwolą badaczom w przyszłości na dalsze testowanie teorii inflacji.
Szczegóły tego badania opublikowano 31 października w Physical Review D jako sugestia redaktora.