Crecimiento Gravitacional de la Estructura
La gravedad amplifica las pequeñas variaciones iniciales de densidad del universo a lo largo del tiempo cósmico, convirtiéndolas en halos, galaxias y cúmulos a través del crecimiento lineal y luego del colapso no lineal.
Definition
El crecimiento gravitacional de la estructura es el proceso por el cual pequeñas perturbaciones primordiales de densidad son amplificadas por la gravedad, creciendo linealmente mientras son pequeñas y colapsando de forma no lineal en halos de materia oscura ligados que albergan galaxias y cúmulos a medida que el universo evoluciona.
Scope
Este tema abarca la inestabilidad gravitacional que impulsa la formación de estructuras, el crecimiento lineal de pequeñas perturbaciones y su dependencia de la expansión y el contenido cósmico, la transición al colapso no lineal y la formación de halos de materia oscura, y las herramientas analíticas y numéricas, incluyendo el formalismo de Press-Schechter y las simulaciones N-body, utilizadas para describirlo.
Core questions
- ¿Cómo amplifica la gravedad las pequeñas fluctuaciones de densidad?
- ¿Qué controla la tasa de crecimiento de la estructura?
- ¿Cómo colapsan las perturbaciones en halos y galaxias?
Key concepts
- Inestabilidad gravitacional
- Factor de crecimiento lineal
- Contraste de densidad
- Colapso no lineal
- Halo de materia oscura
- Formalismo de Press-Schechter
- Simulación N-body
Key theories
- Crecimiento lineal de las perturbaciones
- Mientras los contrastes de densidad son pequeños, las perturbaciones crecen linealmente a una tasa establecida por la expansión y el contenido de materia y energía oscura, por lo que la historia del crecimiento es en sí misma una sonda de la cosmología.
- Colapso jerárquico
- Cuando los contrastes de densidad se vuelven grandes, las regiones se desacoplan de la expansión y colapsan en halos virializados, construyendo la estructura jerárquicamente de escalas pequeñas a grandes, como lo capta la función de masa de Press-Schechter.
Mechanisms
Las regiones sobredensas se expanden más lentamente que el promedio, aumentando su contraste de densidad; mientras es pequeño, el contraste crece de acuerdo con una ecuación de crecimiento lineal establecida por la gravedad y la expansión, y una vez que se vuelve del orden de la unidad, la región se invierte, colapsa y se virializa en un halo, con la evolución no lineal completa seguida por simulaciones numéricas.
Clinical relevance
El crecimiento de la estructura vincula el universo temprano homogéneo con la red cósmica y proporciona algunas de las restricciones cosmológicas más fuertes: la amplitud y la tasa de crecimiento dependen de la materia oscura y la energía oscura, por lo que la medición del crecimiento de la estructura a través del agrupamiento de galaxias, el lente gravitacional débil y el recuento de cúmulos pone a prueba el modelo estándar y sondea la gravedad en grandes escalas.
History
La teoría de la inestabilidad gravitacional fue desarrollada a partir de Jeans y puesta en forma cosmológica por Lifshitz y Peebles; Press y Schechter dieron una función de masa analítica en 1974, y a partir de la década de 1980, grandes simulaciones N-body hicieron predicciones detalladas para la red cósmica en universos de materia oscura fría.
Debates
- El crecimiento como prueba de la gravedad
- Debido a que las alternativas de gravedad modificada a la energía oscura predicen diferentes tasas de crecimiento de la estructura que la relatividad general con una constante cosmológica, comparar el crecimiento observado con las predicciones es una prueba clave, con los datos actuales ampliamente consistentes con el modelo estándar, pero aún no decisivos.
Key figures
- James Peebles
- Yakov Zeldovich
- William Press
- Paul Schechter
- Simon White
Related topics
Seminal works
- peebles1980
- pressschechter1974
Frequently asked questions
- ¿Por qué la estructura crece más rápido en algunos universos que en otros?
- La tasa de crecimiento depende de la competencia entre la gravedad, que une la materia, y la expansión, que la separa; más materia acelera el crecimiento, mientras que la energía oscura que acelera la expansión lo ralentiza, por lo que la historia del crecimiento codifica el contenido cósmico.
- ¿Qué son las simulaciones N-body?
- Son simulaciones por computadora que siguen el movimiento gravitacional de un gran número de partículas que representan la materia oscura, lo que permite a los cosmólogos modelar el colapso no lineal de la estructura y predecir la red cósmica para compararla con los estudios de galaxias.