Tak powstawały wielkie struktury w pierwszych chwilach życia wszechświata

Do dziś pozostaje pytanie, jak wyglądały wielkie struktury wszechświata galaktyki czy czarne dziuryTo wszystko jest tajemnicą. Jednak pomimo faktu, że nadal istniały nierozwiązane wskazówki, w latach 80-tych kosmolodzy dostrzegli, że istnieje kluczowy składnik tej dziwnej formacji, a mianowicie fluktuacje kwantowe.

Tymi elementami fizyki kwantowej są zmiany energii w określonych punktach czasoprzestrzeni, które zgodnie z modelem inflacji i według agencji synchronizacja, były kluczowe w kształtowaniu tego, co stanie się masami materii w naszym wszechświecie. W tym sensie Kosmiczna inflacja to bardzo popularna sugestia Aby wyjaśnić szybką ekspansję wszechświata w pierwszych chwilach jego życia.

Według badań wierzono, że te struktury, które obserwujemy dzięki nauce we wszechświecie, musiały powstać znacznie później niż na tym etapie. Jednak dziennik Fizyczne listy przeglądowe Opublikuj badanie szczegółowo wyjaśniające Obecność dużych, bardzo starożytnych strukturktóre pochodzą z czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie 200 do 400 milionów lat i „nie pasują do przewidywań Modelu Standardowego kosmologii” – mówi. synchronizacja.

Kluczem do ich powstania, wyszczególnionym przez autorów i opracowanym przez agencję, są ilościowe fluktuacje podczas fazy inflacji, ponieważ wyjaśniają one szczegółowo istnienie obserwacji „wysokiego przesunięcia ku czerwieni” – koncepcji nawiązującej do starożytności obiekty astronomiczne – rzeczy „których być nie powinno”. Tam, powstały kilkaset milionów lat po powstaniu wszechświata.

El Gordo, największa grupa odległych galaktyk Niezauważona przez istniejące teleskopy, została odkryta w 2014 roku. Ta gromada tworzy „niezwykle masywny obiekt” datowany na 6,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, coś, co mogło powstać „tak szybko, że jego istnienia nie można wyjaśnić za pomocą poprzednich modeli”, wyjaśnia. Juan García – Belido, współautor badania i badacz w Instytucie Fizyki Teoretycznej (IFT, wspólne centrum Autonomicznego Uniwersytetu w Madrycie i CSIC).

Te gromady kilkudziesięciu tysięcy galaktyk teoretycznie mogły powstać znacznie później. „To było zaskakujące, że tak masywne obiekty zostały znalezione tak szybko. Dlatego konieczne było znalezienie wyjaśnienia” – mówi fizyk.

Wiele lat temu autorzy — wśród których są także José María Ezquiaga z Instytutu Nielsa Bohra i Vicente Venen z Uniwersytetu Paryskiego — zdali sobie sprawę, że fluktuacje kwantowe podczas fazy inflacji Wpłynęło to na dynamikę przyspieszenia wszechświata.

Przed zbadaniem i stworzeniem tej nowej pracy wierzono, że rozkład statystyczny tych wahań ilościowych w okresie inflacji tworzy bardzo konkretny wykres, Znany jako dzwon Gaussa. Ale naukowcy zdali sobie sprawę, że stosując równania, które pozwalają nam spojrzeć jeszcze dalej, w rzeczywistości otrzymujemy odwrotny rozkład niegaussowski, który ma obszar ogona.

To na to wskazuje Wahania te mogą się załamać W dużych strukturach, galaktykach, gromadach lub nawet większych strukturach. Podczas gdy zgodnie z poprzednią hipotezą struktury te „formowałyby się znacznie dłużej z powodu kolapsu grawitacyjnego” – wyjaśnia Garcia Bellido.

To znaczy z funkcją typu Gaussa te struktury Formowanie zajmie dużo więcej czasutak dużych i wczesnych struktur, takich jak El Gordo, nie można wyjaśnić.

Aplikacja według notatek Jamesa Webba

Według autorów interesujące w nowej propozycji jest to, że dzięki tym niegaussowskim wykładniczym ogonom możliwe jest wyjaśnienie na przykład ostatnich obserwacji Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

Od momentu wystrzelenia na początku 2022 r. obserwatorium to dokonuje bardzo interesujących odkryć, które teraz można wytłumaczyć tym nowym odkryciem. Na przykład galaktyki z bardzo dużym przesunięciem ku czerwieni.

Co więcej, powstawanie obiektów większych niż oczekiwano we wczesnym Wszechświecie, jak pokazuje ten nowy wynik, Pomaga złagodzić niektóre napięcia między obserwacjami a naszym standardowym modelem kosmologicznym.

Naukowcy wykorzystali metody obliczeniowe do obliczenia funkcji, która modyfikuje klasyczną ewolucję. Stosując tzw. równanie Fokkera-Plancka, które uwzględnia dynamikę fluktuacji kwantowych, otrzymuje się funkcję typu eliptycznego i logarytmiczno-normalnego, a nie typu Gaussa.

Ten nowy wykres jest tym, co daje Większa szansa na upadek Dla pierwotnych czarnych dziur, wczesnych galaktyk i bardzo masywnych obiektów, takich jak grupa El Gordo.

„Konieczne było uwzględnienie informacji nieliniowych i otwarcie naszych umysłów” — przyznaje García-Bellido. „Nowy wynik wyjaśnia lagusizm struktur wielkoskalowych, które w końcu zaczynamy mierzyć za pomocą katalogów galaktyk”. Ostatecznie te fluktuacje ogona niegaussowskiego pomagają nam wyjaśnić zachowanie Wszechświata na dużą skalę.

Naukowcy mają nadzieję na przyszłość Kontynuuj uzupełnianie kosmicznego modelu Biorąc pod uwagę obserwacje teleskopów głębokiego nieba, których skład może odpowiadać dynamice fluktuacji kwantowych w fazie inflacji, wynik pokazuje.

Nowe opracowanie pozwala także na ciekawą refleksję z punktu widzenia historii nauki. „Dziesięciolecia temu minęło wiele lat między teorią a zastosowaniem eksperymentalnym. Na przykład ogólna teoria względności nie mogła być zastosowana aż do lat 60. XX wieku, a Higgs został odkryty prawie pół wieku po wprowadzeniu jej do teorii” – wyjaśnia García-Bellido.