211service.com
Simulering av den kosmiska webben
Tanken att stjärnor klumpar sig i öuniversum är relativt ny för astronomi. Det var först på 1920- och 30-talen som astronomerna var överens om att galaxer måste separeras med stora avstånd.
Men bara under de senaste tio åren eller så har astronomer upptäckt att galaxer själva bildas till en mycket större struktur. De 100 miljarder galaxer som vi känner till är vävda in i ett trasigt nätliknande arrangemang som består av täta kompakta kluster, långsträckta filament och arkliknande väggar, bland stora nästan tomma tomrum.
Denna struktur har blivit känd som den kosmiska webben och en av de stora utmaningarna inom modern kosmologi är att noggrant modellera och simulera den.
Det visar sig vara knepigt.
En av de viktiga egenskaperna hos den kosmiska webben är att dess strukturer sträcker sig över många storleksordningar. Och eftersom de största strukturerna, som de väggliknande funktionerna, bildas av de mindre som filament och kluster, är det avgörande att vilken modell som helst kan hantera förhållandet mellan dem i alla dessa skalor.
Det är lättare sagt än gjort. Ett sätt att föreställa sig problemet är att tänka på att zooma ut från ett visst kluster av galaxer för att visa de större strukturerna, snarare på samma sätt som den berömda Powers of Ten-filmen gjordes på 1970-talet.
Eftersom de småskaliga strukturerna blir för små för att lösas tillämpar de flesta datormodeller någon form av statistisk utjämningsprocess för att göra storskaliga beräkningar enklare.
Men om du zoomar in igen finns det inget sätt att hämta informationen som går förlorad genom utjämningsprocessen, annat än att bygga om bilden igen från originaldata.
Det är okej om allt du vill ha är en 3D-modell av universum. Men det är ett problem om du vill simulera hur storskaliga strukturer bildas från mindre strukturer och hur, i sin tur, formen på de stora strukturerna påverkar hur mindre strukturer utvecklas.
Denna typ av feedbackprocess är omöjlig att modellera när utjämningsprocessen mellan olika skalor i huvudsak förstör alla meningsfulla kopplingar mellan dem.
Ange Rien van de Weygaert och Willem Schaap vid universitetet i Groningen i Nederländerna. Dessa killar har utvecklat ett sätt att modellera strukturer över många skalor utan den onaturliga utjämning som andra tillvägagångssätt använder.
Deras knep är att tänka på galaxer som punkter i 3D-rymden och att fylla utrymmet mellan dem med tetraedrar. Dessa tetraedrar måste vara konstruerade på ett sådant sätt att om en sfär blåstes upp inuti var och en tills den rörde vid sidorna, skulle det inte finnas några galaxer inuti varje sfär.
Detta är känt som en Delauney tessellation. Det som är speciellt med Delauney tessellationer är att när skalan blir större finns det regler för att kombinera tetraedrarna till större. Dessa regler är speciella eftersom de är reversibla, vilket innebär att de viktiga funktionerna i den ursprungliga strukturen kan rekonstrueras när du zoomar in igen.
Det gör det mycket lättare att simulera återkopplingen mellan strukturer i olika skalor.
Så det är ingen överraskning att astronomer är entusiastiska över potentialen hos den så kallade Delaunay Tessellation Field Estimator (DTFE). Om du vill veta mer, ger de Weygaert och några kompisar en omfattande översikt över idén på arXiv idag.
Det borde betyda att vi kommer att ha en mycket bättre modell av universums storskaliga struktur.
Det borde också betyda att vi kan uppdatera Powers of Ten-filmen som, förståeligt nog med tanke på dess ålder, inte visar några detaljer i universum bortom vår lokala galaxhop.
Ref: arxiv.org/abs/0912.3448 : Geometry and Morphology of the Cosmic Web: Analysing Spatial Patterns in the Universe