研究人員研究了一百萬個星系，以找出宇宙是如何開始的
圖1:從宇宙大尺度結構的觀測中獲得的圖像。黃色到紅色顯示的個星眾多物體都代表著距離地球數億光年的星系。這些星系有各種各樣的系找顏色和形狀，在浩瀚的出宇太空中數不勝數。這些星系的宙何空間分布和形狀模式并不是隨機的，而是開始確實具有“相關性”,這種相關性來自于暴脹所預測的原始種子波動的統計特性。信用:uux.cn/斯巴魯HSC
（神秘的研究研究地球uux.cn）據東京大學宇宙物理和數學研究所：直到今天，對宇宙微波背景(CMB)和大尺度結構(LSS)的百萬精確觀測和分析已經導致建立了宇宙的標準框架，即所謂的個星λCDM模型，其中冷暗物質(CDM)和暗能量(宇宙常數，系找λ)是出宇重要的特征。
這一模型提出，宙何原始波動產生于宇宙之初，開始或者說在早期宇宙中，研究研究它充當了觸發器，導致了宇宙中包括恒星、星系、星系團在內的萬物的產生，以及它們在整個空間中的空間分布。雖然它們產生時非常小，但由于引力的拉力，波動會隨著時間的推移而增長，最終形成暗物質的致密區域，或稱暈。然后，不同的光環反復碰撞，相互融合，導致星系等天體的形成。
由于星系的空間分布的性質受到最初創造它們的原始波動的性質的強烈影響，所以已經積極地進行了星系分布的統計分析，以從觀測上探索原始波動的性質。除此之外，分布在宇宙大范圍內的星系形狀的空間模式也反映了潛在的原始波動的性質(圖1)。
然而，傳統的大尺度結構分析只關注星系作為點的空間分布。最近，研究人員開始研究星系形狀，因為它不僅提供了額外的信息，還提供了一個不同的視角來研究原始波動的本質(圖2)。
圖2:宇宙“不同”的原始波動如何導致暗物質不同的空間分布的可視化。中間的圖(上下兩行共有)顯示了參考高斯分布的波動。色階(藍色到黃色)對應于該位置(低密度到高密度區域)的波動值。左圖和右圖顯示了稍微偏離高斯分布或非高斯分布的波動。括號中的符號表示偏離高斯性的符號，對應于左邊的負(-)偏差和右邊的正(+)偏差。頂行是各向同性非高斯性的一個例子。與中心高斯波動相比，左圖顯示了大的負(深藍色)區域的增加，而右圖顯示了大的正(亮黃色)區域的增加。眾所周知，我們可以利用觀測到的星系的空間分布來尋找這種各向同性的非高斯性。下圖顯示了各向異性非高斯性的示例。與上部面板中的各向同性情況相比，總體亮度和暗度與中央面板中的高斯波動相比沒有變化，但是每個區域的形狀發生了變化。我們可以從星系形狀的空間模式中尋找這種“各向異性”的非高斯性。信用:uux.cn/栗田&高田
由當時的卡維利宇宙物理和數學研究所(卡維利IPMU)研究生Toshiki Kurita(目前是馬普天體物理研究所的博士后研究員)和卡維利IPMU教授高田雅博領導的一個研究小組開發了一種測量星系形狀功率譜的方法，該方法通過結合星系空間分布的光譜數據和單個星系形狀的成像數據，從星系形狀模式中提取關鍵的統計信息。
研究人員同時分析了來自斯隆數字巡天(SDSS)的大約100萬個星系的空間分布和形狀模式，這是當今世界上最大的星系巡天。
結果，他們成功地限制了原始波動的統計特性，而原始波動是整個宇宙結構形成的種子。
他們發現兩個相距超過1億光年的星系形狀的方向在統計上有顯著的一致性(圖3)。他們的結果表明，遙遠星系之間存在相關性，這些星系的形成過程顯然是獨立的，沒有因果關系。
圖3:藍點和誤差線是星系形狀功率譜的值。垂直軸對應于兩個星系形狀之間的相關性強度，即星系形狀取向的排列。橫軸代表兩個星系之間的距離，左(右)軸代表更遠(更近)的星系之間的相關性。灰點表示非物理的表觀相關性。這個值在誤差范圍內為零的事實，正如所預料的，證實了藍色的測量點確實是來自天體物理學的信號。黑色曲線是來自最標準的通貨膨脹模型的理論曲線，并且發現它與實際數據點非常一致。信用:uux.cn/栗田&高田
“在這項研究中，我們能夠通過從大規模結構數據中獲得的眾多星系‘形狀’的統計分析，對原始波動的屬性施加約束。利用星系形狀探索早期宇宙物理的研究鮮有先例，研究過程從構想的構建、分析方法的發展到實際的數據分析，都是一系列的試錯。
“正因為如此，我面臨著許多挑戰。但是我很高興我能夠在我的博士項目期間完成它們。我相信這項成果將是利用星系形狀開辟宇宙學新研究領域的第一步，”栗田說。
此外，對這些相關性的詳細研究證實了它們與膨脹預測的相關性一致，并且沒有表現出原始波動的非高斯特征。
“這項研究是俊樹博士論文的成果。這是一項了不起的研究成果，我們開發了一種方法，利用星系形狀和星系分布來驗證宇宙學模型，將其應用于數據，然后測試膨脹的物理學。這是一個以前沒有人做過的研究課題，但他完成了所有三個步驟:理論、測量和應用。恭喜你！我感到非常自豪的是，我們能夠完成所有三個步驟。不幸的是，我沒有發現新的暴脹物理學，但我們為未來的研究開辟了道路。我們可以期待使用斯巴魯Prime Focus攝譜儀打開進一步的研究領域，”高田說。
這項研究的方法和結果將允許研究人員在未來進一步檢驗膨脹理論。
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