Yapının Kütleçekimsel Büyümesi
Kütleçekimi, evrenin küçük başlangıçtaki yoğunluk değişimlerini kozmik zaman içinde büyütmekte, doğrusal büyüme ve ardından doğrusal olmayan çöküş yoluyla onları halelere, galaksilere ve kümelere dönüştürmektedir.
Tanım
Yapının kütleçekimsel büyümesi, küçük primordial yoğunluk pertürbasyonlarının kütleçekimi tarafından büyütüldüğü, küçükken doğrusal olarak büyüyen ve evren evrildikçe galaksilere ve kümelere ev sahipliği yapan bağlı karanlık madde halelerine doğrusal olmayan bir şekilde çöken bir süreç olarak tanımlanmaktadır.
Kapsam
Bu konu, yapı oluşumunu yönlendiren kütleçekimsel kararsızlığı, küçük pertürbasyonların doğrusal büyümesini ve bunun evrenin genişlemesine ve içeriğine bağımlılığını, doğrusal olmayan çöküşe geçişi ve karanlık madde halelerinin oluşumunu, ayrıca bu süreçleri tanımlamak için kullanılan Press-Schechter formalizmi ve N-cisim simülasyonları dahil olmak üzere analitik ve sayısal araçları kapsamaktadır.
Temel sorular
- Kütleçekimi küçük yoğunluk dalgalanmalarını nasıl büyütür?
- Yapı büyüme hızını ne kontrol eder?
- Pertürbasyonlar halelere ve galaksilere nasıl çöker?
Anahtar kavramlar
- Kütleçekimsel kararsızlık
- Doğrusal büyüme faktörü
- Yoğunluk kontrastı
- Doğrusal olmayan çöküş
- Karanlık madde halesi
- Press-Schechter formalizmi
- N-cisim simülasyonu
Temel kuramlar
- Pertürbasyonların doğrusal büyümesi
- Yoğunluk kontrastları küçükken, pertürbasyonlar genişleme ile madde ve karanlık enerji içeriği tarafından belirlenen bir hızda doğrusal olarak büyümektedir, bu nedenle büyüme geçmişi, kozmolojinin bir göstergesi olarak işlev görmektedir.
- Hiyerarşik çöküş
- Yoğunluk kontrastları büyüdüğünde, bölgeler genişlemeden ayrılmakta ve viryalleşmiş halelere çökmekte, Press-Schechter kütle fonksiyonu tarafından yakalandığı gibi, küçükten büyüğe doğru hiyerarşik olarak yapı oluşturmaktadır.
Mekanizmalar
Aşırı yoğun bölgeler ortalamadan daha yavaş genişlemekte, bu da yoğunluk kontrastlarını artırmaktadır; küçükken, kontrast kütleçekimi ve genişleme tarafından belirlenen doğrusal bir büyüme denklemine göre artmaktadır ve birim mertebesine ulaştığında bölge geri dönmekte, çökmekte ve bir hale içine viryalleşmektedir; tam doğrusal olmayan evrim ise sayısal simülasyonlarla takip edilmektedir.
Klinik önem
Yapının büyümesi, düzgün erken evreni kozmik ağa bağlamakta ve en güçlü kozmolojik kısıtlamalardan bazılarını sağlamaktadır: büyümenin genliği ve oranı karanlık madde ve karanlık enerjiye bağlıdır, bu nedenle galaksi kümelenmesi, zayıf kütleçekimsel merceklenme (weak lensing) ve küme sayımları yoluyla yapı büyümesini ölçmek, standart modeli test etmekte ve büyük ölçeklerde kütleçekimini araştırmaktadır.
Tarihçe
Kütleçekimsel kararsızlık kuramı Jeans'ten itibaren geliştirilmiş ve Lifshitz ile Peebles tarafından kozmolojik forma sokulmuştur; Press ve Schechter 1974'te analitik bir kütle fonksiyonu sunmuştur ve 1980'lerden itibaren büyük N-cisim simülasyonları, soğuk karanlık madde evrenlerinde kozmik ağ için ayrıntılı tahminler yapmıştır.
Tartışmalar
- Kütleçekiminin bir testi olarak büyüme
- Karanlık enerjiye alternatif olarak önerilen modifiye kütleçekim kuramları, kozmolojik sabite sahip genel görelilikten farklı yapı büyüme hızları öngördüğü için, gözlemlenen büyümeyi tahminlerle karşılaştırmak önemli bir testtir; mevcut veriler standart modelle genel olarak tutarlı olmakla birlikte henüz kesin değildir.
Öne çıkan isimler
- James Peebles
- Yakov Zeldovich
- William Press
- Paul Schechter
- Simon White
İlgili konular
Temel eserler
- peebles1980
- pressschechter1974
Sıkça sorulan sorular
- Yapı neden bazı evrenlerde diğerlerinden daha hızlı büyür?
- Büyüme hızı, maddeyi bir araya çeken kütleçekimi ile onu birbirinden ayıran genişleme arasındaki rekabete bağlıdır; daha fazla madde büyümeyi hızlandırırken, genişlemeyi hızlandıran karanlık enerji onu yavaşlatır, bu nedenle büyüme geçmişi, evrenin içeriğini kodlamaktadır.
- N-cisim simülasyonları nelerdir?
- Bunlar, karanlık maddeyi temsil eden çok sayıda parçacığın kütleçekimsel hareketini takip eden bilgisayar simülasyonlarıdır; kozmologların yapının doğrusal olmayan çöküşünü modellemesine ve galaksi araştırmalarıyla karşılaştırmak üzere kozmik ağı tahmin etmesine olanak tanımaktadır.