Tim istraživača je analizirao više od milion galaksija kako bi istražio poreklo današnjih kosmičkih struktura, kao što je objavljeno u nedavnoj studiji objavljenoj u Phisical Reviev D kao predlog urednika.
Do danas su precizna posmatranja i analize kosmičke mikrotalasne pozadine (CMB) i strukture velikih razmera (LSS) dovele do uspostavljanja standardnog okvira univerzuma, takozvanog ΛCDM modela, gde je hladna tamna materija (CDM) i tamna energija (kosmološka konstanta , Λ) su značajne karakteristike.
Ovaj model sugeriše da su primordijalne fluktuacije nastale na početku univerzuma, ili u ranom univerzumu, koje su delovale kao pokretači, što je dovelo do stvaranja svih stvari u univerzumu uključujući zvezde, galaksije, jata galaksija i njihovu prostornu distribuciju u svemiru. . Iako su veoma male kada se generišu, fluktuacije rastu s vremenom zbog sile gravitacije, formirajući na kraju gusto područje tamne materije, ili oreol. Zatim su se različiti oreoli više puta sudarali i spajali jedan sa drugim, što je dovelo do formiranja nebeskih objekata kao što su galaksije.
Pošto je priroda prostorne distribucije galaksija pod jakim uticajem prirode primordijalnih fluktuacija koje su ih stvorile na početku, statističke analize distribucije galaksija su aktivno sprovedene da bi se opservaciono istražila priroda primordijalnih fluktuacija. Pored ovoga, prostorni obrazac galaktičkih oblika raspoređenih na širokom području univerzuma takođe odražava prirodu osnovnih primordijalnih fluktuacija (Slika 1).
Međutim, konvencionalna analiza strukture velikih razmera fokusirala se samo na prostornu distribuciju galaksija kao tačaka. U skorije vreme, istraživači su počeli da proučavaju oblike galaksija, jer to ne samo da pruža dodatne informacije, već pruža i drugačiju perspektivu prirode primordijalnih fluktuacija (Slika 2).
Tim istraživača, predvođen tadašnjim Kavli institutom za fiziku i matematiku univerzuma (Kavli IPMU), diplomiranim studentom Tošikijem Kuritom (trenutno postdoktorskim istraživačem na Institutu za astrofiziku Maks Plank), i profesorom Kavli IPMU Masahirom Takadom razvio metod za merenje spektra moći oblika galaksija, koji izdvaja ključne statističke informacije iz obrazaca oblika galaksija kombinovanjem spektroskopskih podataka o prostornoj distribuciji galaksija i podataka o slikama pojedinačnih oblika galaksija.
Istraživači su istovremeno analizirali prostornu distribuciju i obrazac oblika oko milion galaksija iz Sloan Digital Ski Survei (SDSS), najvećeg svetskog istraživanja galaksija danas.
Kao rezultat toga, oni su uspešno ograničili statistička svojstva primordijalnih fluktuacija koje su pokrenule formiranje strukture čitavog univerzuma.
Pronašli su statistički značajno poravnanje orijentacija oblika dve galaksije udaljene više od 100 miliona svetlosnih godina (slika 3). Njihov rezultat je pokazao da postoje korelacije između udaljenih galaksija čiji su procesi formiranja očigledno nezavisni i uzročno nepovezani.
„U ovom istraživanju, bili smo u mogućnosti da nametnemo ograničenja na svojstva primordijalnih fluktuacija kroz statističku analizu ‘oblika’ brojnih galaksija dobijenih iz podataka o strukturi velikih razmera. Postoji nekoliko presedana za istraživanje koje koristi oblike galaksija za istraživanje fizika ranog univerzuma, i proces istraživanja, od izgradnje ideje i razvoja metoda analize do stvarne analize podataka, bio je niz pokušaja i grešaka.
„Zbog toga sam se suočio sa mnogim izazovima. Ali drago mi je što sam uspeo da ih ostvarim tokom doktorskog programa. Verujem da će ovo dostignuće biti prvi korak ka otvaranju nove istraživačke oblasti kosmologije koristeći oblike galaksija“, rekao je Kurita.
Štaviše, detaljno istraživanje ovih korelacija je potvrdilo da su u skladu sa korelacijama predviđenim inflacijom i ne pokazuju ne-Gausovu karakteristiku primordijalne fluktuacije.
„Ovo istraživanje je rezultat Tošikijeve doktorske disertacije. To je divno istraživačko dostignuće u kojem smo razvili metod za validaciju kosmološkog modela koristeći oblike galaksija i distribucije galaksija, primenili ga na podatke, a zatim testirali fiziku inflacije. To je bio tema istraživanja koju niko do sada nije radio, ali je uradio sva tri koraka: teoriju, merenje i primenu. Čestitam! Veoma sam ponosan na činjenicu da smo uspeli da uradimo sva tri koraka. Nažalost, nisam uspeo veliko otkriće otkrivanja nove fizike inflacije, ali postavili smo put za buduća istraživanja. Možemo očekivati da ćemo otvoriti dalje oblasti istraživanja koristeći Subaru Prime Focus Spectrograph“, rekao je Takada.
Metode i rezultati ove studije omogućiće istraživačima u budućnosti da dalje testiraju teoriju inflacije.
