رشد گرانشی ساختار

گرانش، تغییرات کوچک اولیه چگالی جهان را در طول زمان کیهانی تقویت می‌کند و آن‌ها را از طریق رشد خطی و سپس فروپاشی غیرخطی به هاله‌ها، کهکشان‌ها و خوشه‌ها تبدیل می‌کند.

Definition

رشد گرانشی ساختار فرآیندی است که طی آن اغتشاشات کوچک چگالی اولیه توسط گرانش تقویت می‌شوند، در حالی که کوچک هستند به صورت خطی رشد می‌کنند و به صورت غیرخطی در هاله‌های ماده تاریک مقید که میزبان کهکشان‌ها و خوشه‌ها هستند، با تکامل جهان فرو می‌ریزند.

Scope

این موضوع شامل ناپایداری گرانشی که باعث شکل‌گیری ساختار می‌شود، رشد خطی اغتشاشات کوچک و وابستگی آن به انبساط و محتویات کیهانی، گذار به فروپاشی غیرخطی و تشکیل هاله‌های ماده تاریک، و ابزارهای تحلیلی و عددی، از جمله فرمالیسم پرس-شختر و شبیه‌سازی‌های N-جسمی، که برای توصیف آن استفاده می‌شوند، می‌شود.

Core questions

• چگونه گرانش نوسانات کوچک چگالی را تقویت می‌کند؟
• چه چیزی نرخ رشد ساختار را کنترل می‌کند؟
• چگونه اغتشاشات به هاله‌ها و کهکشان‌ها فرو می‌ریزند؟

Key concepts

• ناپایداری گرانشی
• عامل رشد خطی
• کنتراست چگالی
• فروپاشی غیرخطی
• هاله ماده تاریک
• فرمالیسم پرس-شختر
• شبیه‌سازی N-جسمی

Key theories

رشد خطی اغتشاشات

در حالی که کنتراست‌های چگالی کوچک هستند، اغتشاشات به صورت خطی با نرخی که توسط انبساط و محتوای ماده و انرژی تاریک تعیین می‌شود، رشد می‌کنند، بنابراین تاریخچه رشد خود یک کاوشگر کیهان‌شناسی است.

فروپاشی سلسله‌مراتبی

هنگامی که کنتراست‌های چگالی بزرگ می‌شوند، مناطق از انبساط جدا شده و به هاله‌های ویروسی فرو می‌ریزند و ساختار را به صورت سلسله‌مراتبی از مقیاس‌های کوچک به بزرگ می‌سازند، همانطور که توسط تابع جرم پرس-شختر نشان داده شده است.

Mechanisms

مناطق پرچگال‌تر کندتر از حد متوسط منبسط می‌شوند و کنتراست چگالی خود را افزایش می‌دهند؛ در حالی که کوچک هستند، کنتراست مطابق با یک معادله رشد خطی که توسط گرانش و انبساط تعیین می‌شود، رشد می‌کند و هنگامی که به مرتبه یک می‌رسد، منطقه برمی‌گردد، فرو می‌ریزد و به یک هاله ویروسی تبدیل می‌شود، با تکامل غیرخطی کامل که توسط شبیه‌سازی‌های عددی دنبال می‌شود.

Clinical relevance

رشد ساختار، جهان اولیه هموار را به شبکه کیهانی پیوند می‌دهد و برخی از قوی‌ترین محدودیت‌های کیهان‌شناسی را فراهم می‌کند: دامنه و نرخ رشد به ماده تاریک و انرژی تاریک بستگی دارد، بنابراین اندازه‌گیری رشد ساختار از طریق خوشه‌بندی کهکشان‌ها، همگرایی ضعیف، و شمارش خوشه‌ها، مدل استاندارد را آزمایش می‌کند و گرانش را در مقیاس‌های بزرگ بررسی می‌کند.

History

نظریه ناپایداری گرانشی از زمان جینز به بعد توسعه یافت و توسط لیفشیتز و پیبلز به شکل کیهان‌شناختی درآمد؛ پرس و شختر در سال 1974 یک تابع جرم تحلیلی ارائه دادند، و از دهه 1980 شبیه‌سازی‌های بزرگ N-جسمی پیش‌بینی‌های دقیقی برای شبکه کیهانی در جهان‌های ماده تاریک سرد ارائه کردند.

Debates

رشد به عنوان آزمایشی برای گرانش

از آنجایی که جایگزین‌های گرانش اصلاح‌شده برای انرژی تاریک، نرخ‌های رشد ساختار متفاوتی را نسبت به نسبیت عام با ثابت کیهان‌شناختی پیش‌بینی می‌کنند، مقایسه رشد مشاهده‌شده با پیش‌بینی‌ها یک آزمایش کلیدی است، که داده‌های فعلی به طور کلی با مدل استاندارد سازگار هستند اما هنوز قطعی نیستند.

Key figures

• James Peebles
• Yakov Zeldovich
• William Press
• Paul Schechter
• Simon White

Seminal works

• peebles1980
• pressschechter1974

Frequently asked questions

چرا ساختار در برخی جهان‌ها سریع‌تر از دیگران رشد می‌کند؟

نرخ رشد به رقابت بین گرانش، که ماده را به هم می‌کشد، و انبساط، که آن را از هم جدا می‌کند، بستگی دارد؛ ماده بیشتر رشد را تسریع می‌کند، در حالی که انرژی تاریک با تسریع انبساط آن را کند می‌کند، بنابراین تاریخچه رشد محتویات کیهانی را رمزگذاری می‌کند.

شبیه‌سازی‌های N-جسمی چیستند؟

آنها شبیه‌سازی‌های کامپیوتری هستند که حرکت گرانشی تعداد زیادی از ذرات نماینده ماده تاریک را دنبال می‌کنند و به کیهان‌شناسان اجازه می‌دهند تا فروپاشی غیرخطی ساختار را مدل‌سازی کرده و شبکه کیهانی را برای مقایسه با بررسی‌های کهکشانی پیش‌بینی کنند.