par Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Université de Tokyo
Figure 1 : Une image obtenue à partir d’observations de la structure à grande échelle de l’univers. Les nombreux objets représentés en jaune à rouge représentent tous des galaxies situées à des centaines de millions d’années-lumière de la Terre. Les galaxies se présentent sous une grande variété de couleurs et de formes et sont trop nombreuses pour être comptées dans l’immensité de l’espace. La distribution spatiale et la forme de ces galaxies ne sont pas aléatoires, mais ont effectivement des « corrélations » provenant des propriétés statistiques des fluctuations primordiales de la graine telles que prédites par l'inflation. Crédit : Subaru HSC
Une équipe de chercheurs a analysé plus d'un million de galaxies pour explorer l'origine des structures cosmiques actuelles, comme le rapporte une étude récente publiée dans Examen physique D comme suggestion des éditeurs.
Jusqu'à aujourd'hui, des observations et des analyses précises du fond diffus cosmologique (CMB) et de la structure à grande échelle (LSS) ont conduit à l'établissement du cadre standard de l'univers, appelé modèle ΛCDM, dans lequel la matière noire froide (CDM) et l'énergie sombre (la constante cosmologique, Λ) sont des caractéristiques significatives.
Ce modèle suggère que des fluctuations primordiales ont été générées au début de l'univers, ou au début de l'univers, et ont agi comme des déclencheurs, conduisant à la création de toutes choses dans l'univers, y compris les étoiles, les galaxies, les amas de galaxies, et leur distribution spatiale dans l'espace. . Bien qu’elles soient très faibles lorsqu’elles sont générées, les fluctuations augmentent avec le temps en raison de la force d’attraction gravitationnelle, formant finalement une région dense de matière noire, ou un halo. Ensuite, différents halos sont entrés en collision et ont fusionné à plusieurs reprises, conduisant à la formation d’objets célestes tels que des galaxies.
Étant donné que la nature de la distribution spatiale des galaxies est fortement influencée par la nature des fluctuations primordiales qui les ont créées, des analyses statistiques de la distribution des galaxies ont été activement menées pour explorer par observation la nature des fluctuations primordiales. En plus de cela, la configuration spatiale des formes des galaxies réparties sur une vaste zone de l’univers reflète également la nature des fluctuations primordiales sous-jacentes (Figure 1).
Cependant, l’analyse conventionnelle des structures à grande échelle s’est concentrée uniquement sur la distribution spatiale des galaxies sous forme de points. Plus récemment, les chercheurs ont commencé à étudier les formes des galaxies, car elles fournissent non seulement des informations supplémentaires, mais offrent également une perspective différente sur la nature des fluctuations primordiales (Figure 2).
Figure 2 : Visualisation de la manière dont les « différentes » fluctuations primordiales de l'univers conduisent à une distribution spatiale différente de la matière noire. La figure centrale (commune aux lignes supérieure et inférieure) montre les fluctuations de la distribution gaussienne de référence. La gradation de couleur (du bleu au jaune) correspond à la valeur de la fluctuation à cet endroit (régions de faible à haute densité). Les figures de gauche et de droite montrent des fluctuations qui s'écartent légèrement de la distribution gaussienne ou qui sont non gaussiennes. Le signe entre parenthèses indique le signe de l'écart à la gaussianité, correspondant à un écart négatif (-) à gauche et un écart positif (+) à droite. La rangée du haut est un exemple de non-gaussianité isotrope. Par rapport à la fluctuation gaussienne centrale, la figure de gauche montre une augmentation des grandes régions négatives (bleu foncé), tandis que la figure de droite montre une augmentation des grandes régions positives (jaune vif). On sait que nous pouvons rechercher une telle non-gaussianité isotrope en utilisant la distribution spatiale des galaxies observées. Le panneau inférieur montre un exemple de non-gaussianité anisotrope. Par rapport au cas isotrope du panneau supérieur, la luminosité et l'obscurité globales restent inchangées par rapport à la fluctuation gaussienne du panneau central, mais la forme de chaque région a changé. Nous pouvons rechercher cette non-gaussianité « anisotrope » à partir de la configuration spatiale des formes des galaxies. Crédit : Kurita ＆ Takada
Une équipe de chercheurs, dirigée par Toshiki Kurita, étudiant diplômé de l'époque à l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers (Kavli IPMU) (actuellement chercheur postdoctoral à l'Institut Max Planck d'astrophysique), et le professeur Masahiro Takada du Kavli IPMU. développé une méthode pour mesurer le spectre de puissance des formes des galaxies, qui extrait des informations statistiques clés des modèles de forme des galaxies en combinant les données spectroscopiques de la distribution spatiale des galaxies et les données d'imagerie des formes individuelles des galaxies.
Les chercheurs ont analysé simultanément la distribution spatiale et la forme d'environ 1 million de galaxies à partir du Sloan Digital Sky Survey (SDSS), la plus grande étude de galaxies au monde à ce jour.
En conséquence, ils ont réussi à limiter les propriétés statistiques des fluctuations primordiales qui ont semé la formation de la structure de l’univers entier.
Ils ont découvert un alignement statistiquement significatif des orientations des formes de deux galaxies distantes de plus de 100 millions d'années-lumière (Figure 3). Leurs résultats ont montré qu’il existe des corrélations entre des galaxies lointaines dont les processus de formation sont apparemment indépendants et sans lien causal.
Figure 3 : Les points bleus et les barres d'erreur sont les valeurs du spectre de puissance de la forme de la galaxie. L'axe vertical correspond à la force de corrélation entre deux formes de galaxies, c'est-à-dire l'alignement des orientations des formes de galaxies. L'axe horizontal représente la distance entre deux galaxies, l'axe gauche (droit) représentant la corrélation entre les galaxies les plus éloignées (plus proches). Les points gris indiquent des corrélations apparentes non physiques. Le fait que cette valeur soit nulle à l’erreur près, comme prévu, confirme que les points bleus mesurés sont bien des signaux d’origine astrophysique. La courbe noire est la courbe théorique du modèle inflationniste le plus standard, et elle s’avère en bon accord avec les points de données réels. Crédit : Kurita & Takada
“Dans cette recherche, nous avons pu imposer des contraintes sur les propriétés des fluctuations primordiales grâce à l'analyse statistique des “formes” de nombreuses galaxies obtenues à partir des données de structure à grande échelle. Il existe peu de précédents de recherches utilisant les formes des galaxies pour explorer la physique de l'univers primitif et le processus de recherche, depuis la construction de l'idée et le développement de méthodes d'analyse jusqu'à l'analyse réelle des données, étaient une série d'essais et d'erreurs.
“Pour cette raison, j'ai fait face à de nombreux défis. Mais je suis heureux d'avoir pu les relever au cours de mon programme de doctorat. Je crois que cette réussite sera la première étape pour ouvrir un nouveau domaine de recherche en cosmologie utilisant les formes des galaxies.” dit Kurita.
De plus, une étude détaillée de ces corrélations a confirmé qu’elles sont cohérentes avec les corrélations prédites par l’inflation et ne présentent pas de caractéristique non gaussienne de la fluctuation primordiale.
“Cette recherche est le résultat de la thèse de doctorat de Toshiki. C'est une merveilleuse réussite de recherche dans laquelle nous avons développé une méthode pour valider un modèle cosmologique utilisant les formes et les distributions des galaxies, l'avons appliqué aux données, puis testé la physique de l'inflation. sujet de recherche que personne n'avait jamais fait auparavant, mais il a suivi les trois étapes : théorie, mesure et application. Félicitations ! Je suis très fier du fait que nous avons pu réaliser les trois étapes. Malheureusement, je n'ai pas réussi grande découverte dans la détection d'une nouvelle physique de l'inflation, mais nous avons tracé la voie pour les recherches futures. Nous pouvons nous attendre à ouvrir d'autres domaines de recherche en utilisant le spectrographe Subaru Prime Focus”, a déclaré Takada.
Les méthodes et les résultats de cette étude permettront aux chercheurs du futur de tester davantage la théorie de l’inflation.
Plus d'information:
Toshiki Kurita et al, Contraintes sur la non-gaussianité primordiale anisotrope à partir des alignements intrinsèques des galaxies SDSS-III BOSS, Examen physique D (2023). DOI : 10.1103/PhysRevD.108.083533. Sur arXiv: DOI: 10.48550/arXiv.2302.02925
Fourni par l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers, Université de Tokyo
Citation: Des chercheurs étudient un million de galaxies pour découvrir comment l'univers a commencé (22 décembre 2023) récupéré le 22 décembre 2023 sur
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