은하 분포의 공간적 패턴
날짜:
2023년 3월 14일
원천:
프린스턴 대학교
요약:
뜻밖에도 한 화학자와 천체물리학자가 길이 척도에 걸친 공간 패턴의 유사성을 찾기 위해 통계 역학 도구를 적용했습니다.
전체 이야기
2021년 말, 프린스턴 화학과의 안식년을 맞은 Salvatore Torquato는 통로를 가로질러 고급 연구 기관의 젊은 천체물리학자를 초대하여 통계 역학 도구를 은하 분포에 관한 자신의 작업에 적용했습니다.
현재 시몬스 재단의 박사후 연구원인 천체물리학자 올리버 필콕스(Oliver Philcox)는 흥미를 느꼈습니다. 1년 간의 협업이 이어졌습니다.
그들의 특이한 파트너십의 중심에 있는 질문은 간단했습니다. Torquato가 그의 경력 전반에 걸쳐 작업한 통계적 설명자가 우주론과 같은 가능성이 희박한 분야에서 응용 프로그램을 찾을 수 있으며 은하 분포의 복잡성을 정확하게 특성화할 수 있습니까? 두 가지 질문에 대한 대답: 그렇습니다.
그들의 협력은 이번 주 Physical Review X 의 논문 "The Disordered Heterogeneous Universe: Galaxy Distribution and Clustering Across Length Scales"에서 결실을 맺었습니다. 여기에서 연구원들은 재료의 미세 구조를 분류하는 데 더 일반적으로 사용되는 몇 가지 설명자로부터 은하의 공간 분포에 대한 유용한 정보를 발견할 수 있음을 보여줍니다.
천체 물리학자들은 물리적 우주론의 표준 도구를 통해 우주의 대규모 구조에 대한 질문을 오랫동안 탐구해 왔습니다. Torquato와 Philcox가 한 일은 원자 규모에서 우주를 포함한 우주의 가장 큰 규모에 이르기까지 길이 척도에 걸쳐 구조 데이터를 특성화하는 데 새로운 설명자 배열을 사용할 수 있다는 증거를 제시한 것입니다.
Torquato는 "동물학"이라는 단어를 사용하여 자신의 작업에서 사용하는 일련의 이론 및 계산 기술을 포착합니다. 그가 의미하는 바는 거시적 규모에서 물리적 및 화학적 특성을 결정하기 위해 복잡한 재료의 미세 구조를 설명하는 통계적 설명자를 적용하는 것입니다.
유사성을 찾기 위해 이러한 기술을 가장 큰 규모로 적용하여 Torquato와 Philcox는 은하를 물질의 입자와 유사한 개별 점의 구름으로 취급했습니다.
"그래서 좋아, 나에게는 두 개의 공간 영역이 있다. 그것은 은하일 수 있고 그 다음에는 은하 외부의 모든 것일 수 있다. 무엇보다도 물질 구조를 연구하는 방식과 유사하게 은하 사이의 구멍을 연구할 수 있다"고 말했다. 이론 화학자이자 루이스 버나드(Lewis Bernard) 자연과학 교수, 화학 교수, 프린스턴 재료 연구소(Princeton Materials Institute)
"만약 내가 어떤 은하와도 닿지 않는 은하 사이에 공을 놓고 싶다고 한다면, 얼마나 큰 공이 필요한가요? 이 통계적 질문을 어떤 복잡한 구조에도 적용할 수 있습니다. 원자의 분포 그것이 바로 아름다움입니다.
"흥미롭게도" 그는 "우주의 독특한 구조는 지상 물질을 설명하기 위한 더 나은 설명자를 확인하기 위한 새로운 도전을 제공합니다."라고 덧붙였습니다.
이전에 Princeton의 천체 물리학과 대학원생이었던 Philcox는 자신의 도구 상자를 확장하기 위해 이 "동물학"을 수용했습니다. 주요 예는 Philcox가 포인트 쌍의 분포를 살펴봄으로써 재료를 특성화하는 특정 방법으로 정의하는 쌍 연결 기능을 사용한 것입니다.
Philcox는 "Sal과 함께 동물학을 탐구하면서 우주론에서 사용할 수 있었지만 아직은 사용되지 않은 재료 과학에서 사용되는 흥미로운 통계를 발견했습니다. 쌍 연결 기능이 가장 주목할만한 것입니다."라고 Philcox는 말했습니다. "기존의 우주 통계는 다음과 같은 질문에 답합니다. 무작위로 두 점을 선택하면 확률적으로 어떻게 분리됩니까?
"쌍 연결 기능은 비슷한 일을 하지만 위상 정보를 포함합니다. 기본적으로 재료의 입자를 연결된 구조로 그룹화한 다음 전체가 아닌 해당 구조 내의 두 지점 사이의 분리 분포를 살펴봅니다."
이 기능과 다른 기능을 사용하여 연구자들은 길이 척도에서 질서 또는 무질서의 척도 역할을 하는 숫자 표를 생성할 수 있었습니다. 은하 사이의 공간적 관계에 대한 질문에 적용할 때 이 도구는 일종의 상관관계 장애, 즉 무작위가 아닌 "확실히" 복잡한 구조적 특성을 강조했습니다.
"우리는 대규모 구조에 대해 우주론자들이 항상 더 많은 표준 설명자를 사용하여 질문했던 것과 정확히 동일한 질문을 하고 있습니다. 물리학 용어"라고 Torquato는 말했습니다. "우리는 그렇게 하기 위해 몇 가지 새로운 이론적 도구를 사용하고 있을 뿐입니다."
Philcox는 다음과 같이 덧붙였습니다. "저는 특히 클러스터링과 관련하여 우주에 대한 새로운 정보를 추출할 수 있는 개념적으로 매우 단순한 도구가 있다는 것이 중요한 메시지라고 생각합니다. 이것이 실제로 어떻게 사용될 수 있는지 확인하기 위해."
출처 : https://www.sciencedaily.com/