Крупномасштабная структура Вселенной практически идеально воспроизводится современной космологической моделью
Корейские астрофизики убедились в том, что общепринятая космологическая модель ΛCDM адекватно описывает эволюцию крупномасштабной структуры Вселенной.
ΛCDM, напомним, рисует пространственно плоскую и расширяющуюся с ускорением Вселенную с холодной тёмной материей и космологической постоянной, отвечающей за тёмную энергию. Структурные элементы пространства, согласно этой модели, должны формироваться постепенно, в направлении от менее крупных объектов к более крупным: сначала тёмная материя образует небольшие гало, а они затем привлекают дополнительные объёмы вещества и объединяются друг с другом, увеличиваясь в размерах. Подросшие гало становятся центрами развития галактик.
Для тестирования ΛCDM можно использовать каталоги галактик, составляемые по результатам обзоров больших участков неба — проектов вроде WiggleZ, SDSS, 2dF или стартующего в конце года Dark Energy Survey, участники которого сейчас занимаются тестированием цифровой ПЗС-камеры. Самой известной из всех наблюдательных программ остаётся SDSS, позволившая восстановить контуры крупнейшей галактической нити Sloan Great Wall (SGW). Протяжённость наиболее плотной части этой громадной галактической структуры, расположенной в ~300 Мпк от Земли, оценивается в 200 Мпк, а общая длина нити как минимум в два раза превосходит последнее значение (поскольку концы SGW, вероятно, просто «обрубаются» на границах участка, исследованного в рамках SDSS, найти её точные размеры сложно).
Обнаружение SGW стало подарком для теоретиков, у которых появился новый критерий оценки того, насколько ΛCDM соответствует реальности. Двое американских учёных, привлекая теорию экстремальных значений, уже успели рассчитать вероятность появления столь крупной структуры в плоской ΛCDM-вселенной и заключили, что модель может содержать серьёзные изъяны, так как найденная величина оказалась крайне малой.
Более надёжным способом проверки предсказаний теории, впрочем, было бы полноценное N-частичное моделирование, поэтапно отслеживающее гравитационную эволюцию первичных флуктуаций плотности во Вселенной, заданных в соответствии с ΛCDM. Чтобы добиться статистической достоверности, смоделированный объём при этом необходимо сделать максимально большим, на порядки превосходящим область пространства, доступную SDSS.
| В левом столбце находятся обнаруженные авторами в каталоге SDSS структуры с высокой плотностью, содержащие максимальное количество галактик, а в правом — самые крупные комплексы войдов. Показанная сверху наиболее плотная часть SGW объединяет 822 яркие галактики и простирается на 207 Мпк, а расположенные ниже колоссальные галактические скопления имеют общую протяжённость в 226, 190 и 139 Мпк. Объём рекордно большого комплекса войдов, помещённого напротив SGW, может достигать 3,85•106 Мпк3, а объём двух других структур с малой плотностью — 2,39•106 и 1,60•106 Мпк3. (Иллюстрация авторов работы.) |
Именно такое космологическое моделирование в поистине гигантском объёме, названное Horizon Run 2, недавно провела корейская группа. В своих вычислениях авторы задействовали (6 000)3 = 216 миллиардов частиц тёмной материи, размещённых в кубе со стороной в 10 Гпк. Достигнутое Horizon Run 2 разрешение по массе также можно считать очень достойным: на одну частицу приходилось «всего» около 1,74•1011 солнечной массы.
Каждому образовавшемуся субгало тёмной материи с массой выше 5,2•1012 солнечной астрофизики приписывали одну галактику. Набор галактик использовался в качестве базы для имитации наблюдений SDSS, а результаты 200 подобных «мнимых» обзоров обрабатывались по тому же алгоритму, что и реальные данные SDSS. Анализируя последние, авторы, заметим, отыскали не только SGW и множество менее значительных плотных элементов крупномасштабной структуры, но и ранее неизвестный рекордно большой комплекс войдов — участков, которые представляются свободными от галактик и их скоплений. Общий объём новой «пустой» области, вытягивающейся на 464 Мпк, доходит до 3,85•106 Мпк3.
Сравнение всех подготовленных массивов информации показало, что плотные структуры, содержащие больше галактик (или имеющие бóльшую протяжённость), чем SGW, встречаются в 137 (155) сымитированных обзорах SDSS из двухсот. В то же время ни в одном из 200 случаев учёным не удалось выделить более пяти объектов, которые превосходили бы SGW по размерам. Следовательно, SGW действительно можно назвать на редкость мощной галактической нитью, но её обнаружение в проекте масштаба SDSS — ожидаемое событие, ничуть не противоречащее модели ΛCDM.
Соответствие, близкое к идеальному, также показали теоретические и экспериментальные графики распределения всех найденных плотных крупномасштабных структур по размерам и числу относящихся к ним галактик. Аналогичные графики, подтвердившие сходимость данных SDSS и Horizon Run 2, были построены для войдов.
Подготовлено по материалам arXiv.
Комментарии 1
