Kosmiskā tīmekļa simulācija

Ideja, ka zvaigznes saplūst kopā salu visumos, ir salīdzinoši jauna astronomijā. Tikai 20. gadsimta 20. un 30. gados astronomi savā starpā vienojās, ka galaktikas ir jāatdala milzīgiem attālumiem.





Bet tikai pēdējo 10 gadu laikā astronomi ir atklājuši, ka pašas galaktikas veido daudz lielāku struktūru. 100 miljardi galaktiku, par kurām mēs zinām, ir ieaustas tīklenē līdzīgā izkārtojumā, kas sastāv no blīviem, kompaktiem klasteriem, iegareniem pavedieniem un loksnēm līdzīgām sienām lielos gandrīz tukšos apgabalos.

Šī struktūra ir kļuvusi pazīstama kā Kosmiskais tīmeklis, un viens no lielākajiem izaicinājumiem mūsdienu kosmoloģijā ir to precīzi modelēt un simulēt.

Tas izrādās sarežģīti.



Viena no svarīgajām Kosmiskā tīmekļa iezīmēm ir tā, ka tā struktūras svārstās vairākos apmēros. Un tā kā lielākās struktūras, piemēram, sienai līdzīgi elementi, tiek veidotas no mazākajām struktūrām, piemēram, pavedieniem un kopām, ir ļoti svarīgi, lai jebkurš modelis spētu izturēt attiecības starp tām visos šajos mērogos.

Tas ir vieglāk pateikt nekā izdarīt. Viens veids, kā iztēloties problēmu, ir domāt par attālināšanu no noteikta galaktiku kopas, lai parādītu lielākas struktūras, drīzāk tādā veidā, kā tas ir slavenajā 1970. gados uzņemtajā filmā Powers of Ten.

Tā kā maza mēroga struktūras kļūst pārāk mazas, lai tās atrisinātu, lielākā daļa datoru modeļu izmanto kādu statistisko izlīdzināšanas procesu, lai atvieglotu liela mēroga aprēķinus.



Bet, ja atkal pietuvināsiet, nav iespējams izgūt informāciju, kas tiek zaudēta izlīdzināšanas procesā, kā tikai atjaunot attēlu no sākotnējiem datiem.

Tas ir labi, ja viss, ko vēlaties, ir Visuma 3-D modelis. Bet tā ir problēma, ja vēlaties simulēt, kā liela mēroga struktūras veidojas no mazākām struktūrām un kā, savukārt, lielo struktūru forma ietekmē mazāku struktūru attīstību.

Šāda veida atgriezeniskās saites procesu nav iespējams modelēt, ja izlīdzināšanas process starp dažādām skalām būtībā iznīcina jebkādas nozīmīgas saites starp tām.



Ienāciet Rien van de Weygaert un Willem Schaap Groningenas Universitātē Nīderlandē. Šie puiši ir izstrādājuši veidu, kā modelēt struktūras daudzos mērogos bez nedabiskas izlīdzināšanas, ko izmanto citas pieejas.

Viņu viltība ir domāt par galaktikām kā punktiem 3D telpā un aizpildīt telpu starp tām ar tetraedriem. Šīs tetraedras ir jākonstruē tā, lai, ja katras sfēras iekšpusē tiktu uzpūsta sfēra, līdz tā pieskaras malām, katrā sfērā nebūtu galaktiku.

To sauc par Delauney teselāciju. Delauney tesselāciju īpatnība ir tāda, ka, mērogam kļūstot lielākam, ir noteikumi par tetraedru apvienošanu lielākās. Šie noteikumi ir īpaši, jo tie ir atgriezeniski, kas nozīmē, ka sākotnējās struktūras svarīgās iezīmes var rekonstruēt, kad atkal tuvināt.



Tādējādi ir daudz vieglāk simulēt atgriezenisko saiti starp dažāda mēroga struktūrām.

Tāpēc nav pārsteigums, ka astronomi ir sajūsmā par tā sauktā Delaunay Tesellation Field Estimator (DTFE) potenciālu. Ja vēlaties uzzināt vairāk, de Weygaert un daži biedri sniedz visaptverošu arXiv idejas izklāstu šodien.

Tam vajadzētu nozīmēt, ka mums būs daudz labāks Visuma liela mēroga struktūras modelis.

Tam vajadzētu arī nozīmēt, ka mēs varam atjaunināt filmu Powers of Ten, kas, saprotams, ņemot vērā tās vecumu, nerāda visuma detaļas ārpus mūsu vietējās galaktiku kopas.

Atsauce: arxiv.org/abs/0912.3448 : Kosmiskā tīkla ģeometrija un morfoloģija: telpisko modeļu analīze Visumā

paslēpties