Περίληψη |
Τα σμήνη γαλαξιών έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά πολύτιμα για την κοσμολογία. Τα τελευταία
τριάντα χρόνια, έχουμε σημειώσει σημαντική πρόοδο στην κατανόηση της σύστασής τους, της
δυναμικής τους και του ρόλου που διαδραματίζουν στον κοσμικό ιστό. Παρά την πρόοδο αυτή,
εξακολουθεί να υπάρχει ένα σημαντικό κενό, τόσο σε θεωρητικό όσο και σε παρατηρησιακό
επίπεδο, στην κατανόηση της σχέσης ανάμεσα στα σμήνη γαλαξιών και το διαστελλόμενο
σύμπαν. Αυτό το κενό περιορίζει την αξιοποίηση των σμηνών για κοσμολογικές μελέτες,
ειδικά στη διερεύνηση της σκοτεινής ενέργειας, ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια της
σύγχρονης φυσικής, η οποία θεωρείται υπεύθυνη για την επιταχυνόμενη διαστολή του
Σύμπαντος.
Σε αυτή την εργασία, χρησιμοποιούμε αναλυτικά μοντέλα και κοσμολογικές προσομοιώσεις
N-σωμάτων για να μελετήσουμε σε βάθος αυτή τη σχέση και τη δυνατότητά της να μας δώσει
χρήσιμες πληροφορίες για τις ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας. Δείχνουμε ότι, στις
προσομοιώσεις N-σωμάτων, η μέση πυκνότητα της ύλης που περικλείεται στην κλίμακα
αναστροφής (turnaround scale)—εκεί όπου οι γαλαξίες που περιβάλλουν τα σμήνη χάνουν τη
βαρυτική τους σύνδεση με το σμήνος και παρασύρονται από τη ροή Hubble—είναι μια
καθολική ποσότητα, ευαίσθητη στην κοσμολογία και την κοσμική εποχή. Δείχνουμε ακόμη
ότι το σφαιρικό μοντέλο κατάρρευσης, που περιγράφει τον σχηματισμό δομών, προβλέπει
αυτή τη συμπεριφορά, και οι αποκλίσεις από τις προβλέψεις του συνδέονται στενά με την
απόκλιση των γειτονικών δομών ενός σμήνους από την σφαιρική συμμετρία.
Στη συνέχεια, αναπτύσσουμε μια μέθοδο για να μετρήσουμε την πυκνότητα αναστροφής σε
παρατηρήσεις. Αρχικά, επικεντρωνόμαστε στη σύνδεση της μάζας αναστροφής με
παρατηρήσιμες ιδιότητες των σμηνών. Χρησιμοποιούμε excursion set theory, που παρέχει ένα
στατιστικό πλαίσιο για τα τοπικά περιβάλλοντα των σμηνών, και το σφαιρικό μοντέλο
κατάρρευσης για να περιγράψουμε τα προφίλ μάζας τους. Με αυτό τον τρόπο, αναπτύσσουμε
αναλυτικές σχέσεις που συνδέουν τη μάζα αναστροφής με τις συνήθως μετρούμενες μάζες,
παρατηρώντας μια απόκλιση της τάξης του 15% σε σύγκριση με προσομοιωμένες δομές.
Τέλος, αναζητούμε ενδείξεις της ακτίνας αναστροφής μελετώντας διάμεσα προφίλ πυκνότητας
σμηνών σε διαφορετικές κοσμικές εποχές. Τα αποτελέσματά μας αποκαλύπτουν ότι τέτοιες
ενδείξεις πράγματι υπάρχουν, με τη κλίματα αναστροφής να αντιστοιχεί στο σημείο όπου τα
προφίλ πυκνότητας των σμηνών αρχίζουν να αποκλίνουν από τις αναλυτικές μας προβλέψεις.
Αυτά τα ευρήματα δείχνουν ότι η πυκνότητα αναστροφής αποτυπώνεται σε παρατηρήσιμα
μεγέθη των σμηνών γαλαξιών και ανοίγουν τον δρόμο για μια νέα κοσμολογική μέθοδο μέσω
της δυναμικής του σχηματισμού δομών στις παρυφές των σμηνών.
|