Formación de Estructuras Jerárquicas
En el modelo cosmológico estándar, la estructura crece de abajo hacia arriba, con pequeños halos de materia oscura formándose primero y fusionándose en sistemas cada vez más grandes que albergan galaxias.
Definition
La formación de estructuras jerárquicas es el proceso por el cual las pequeñas sobredensidades en el universo temprano colapsan primero en halos de materia oscura de baja masa, que luego se fusionan y acrecen para construir progresivamente halos más grandes y las galaxias, grupos y cúmulos que contienen.
Scope
Este tema cubre el crecimiento de las fluctuaciones de densidad por inestabilidad gravitacional, el ensamblaje ascendente de los halos de materia oscura, las descripciones estadísticas de la población de halos como la función de masa de los halos, el papel de los árboles de fusión y las simulaciones numéricas que siguen la formación de la estructura cósmica.
Core questions
- ¿Cómo crecen las pequeñas fluctuaciones de densidad hasta convertirse en halos de materia oscura ligados?
- ¿Qué leyes estadísticas describen la abundancia de halos en función de la masa?
- ¿Cómo se representan y calculan las historias de fusión de los halos?
- ¿Cómo reproducen las simulaciones cosmológicas la red cósmica observada?
Key theories
- Abundancia de halos de Press-Schechter
- Press y Schechter derivaron una predicción analítica para la densidad numérica de halos colapsados en función de la masa y el tiempo a partir de las estadísticas de las fluctuaciones de densidad gaussianas.
- Ensamblaje ascendente
- La cosmología de la materia oscura fría predice que las estructuras más pequeñas colapsan primero y se fusionan hacia arriba, por lo que las galaxias se construyen dentro de halos que crecen jerárquicamente en lugar de fragmentarse de sistemas más grandes.
- Simulaciones cosmológicas N-cuerpo
- Grandes simulaciones que siguen miles de millones de partículas reproducen la red cósmica de filamentos, halos y vacíos, proporcionando la base cuantitativa para probar la formación de estructuras.
Clinical relevance
La formación de estructuras jerárquicas conecta las condiciones iniciales establecidas por la cosmología con la distribución actual de galaxias, proporcionando el marco dentro del cual se interpretan la formación de galaxias, el agrupamiento y la estructura a gran escala del universo.
History
El formalismo de Press y Schechter de 1974 cuantificó por primera vez las abundancias de halos, y la teoría de White y Rees de 1978 situó las galaxias dentro de halos en crecimiento. El auge de la cosmología de la materia oscura fría y las simulaciones cada vez más potentes, que culminaron en ejecuciones históricas como la Simulación del Milenio, establecieron la formación jerárquica como el panorama estándar.
Key figures
- William Press
- Paul Schechter
- Simon White
- Volker Springel
Related topics
Seminal works
- pressschechter1974
- white1978
- springel2005
Frequently asked questions
- ¿Qué significa la formación de estructuras de abajo hacia arriba?
- Significa que las estructuras pequeñas se forman primero. En la cosmología de la materia oscura fría, los halos de baja masa colapsan más temprano y luego se fusionan y acrecen para ensamblar halos, grupos y cúmulos más grandes, lo opuesto a un escenario de arriba hacia abajo donde las estructuras grandes se fragmentan.
- ¿Por qué se necesitan simulaciones por computadora para estudiar la formación de estructuras?
- Una vez que las fluctuaciones de densidad se vuelven grandes, su crecimiento es altamente no lineal e implica la interacción gravitacional de un vasto número de partículas. Las simulaciones numéricas son la única forma de seguir esta evolución con precisión y compararla con la estructura observada.