19 августа 2017г.
Известен способ выявления крупномасштабной структуры Вселенной в виде войдово-филаментной структуры скоплений галактик. Эта структура в картинной плоскости является сетчатой и образована пустотами – войдами и нитями – филаментами, которые образованы галактическими скоплениями. Для выявления такой структуры измеряют красные смещения галактик и устанавливают наличие пространственных «сот», или «блинов», сформированных распределением галактик по пространству, между которыми крупные материальные структуры отсутствуют.
На рис.1 в качестве примера приведена крупномасштабная структура Вселенной, построенная согласно этой методике специалистами NASA [1]. На этом рисунке хорошо просматривается войдово- филаментная структура.
Рассмотрим способ выявления крупномасштабной структуры Вселенной с использованием баз данных анизотропии микроволнового реликтового излучения. Для этого воспользуемся базой данных спутниковых измерений, полученных с помощью зонда «Planck» (ЕС) [2].
Эти измерения продолжались в течение четырех лет и осуществлялись по двум частотных диапазонах – нижнемe с частотами 30, 44, а также 70 ГГц, и верхнему, с частотами 100, 143, 217, 35, 545, а также 857 ГГц. Опубликованные данные являются интегральными по восьми циклам измерений полугодичной длительности. Для построения заявленной методики использовались данные многоканальных измерений, полученные зондом «Planck» в низкочастотном диапазоне, как наиболее полно представленные за все восемь полугодичных измерительных циклов. Методика представлена пятью этапами обработки спутниковых данных.
На первом этапе следует установить изменения ΔT температурной анизотропии T излучения. Для этого необходимо
рассчитать
разности значений температурной анизотропии между смежными парами измерительных циклов на каждой из частот выбранного диапазона во всех направлениях небесной сферы. Спутниковые измерения были выполнены более чем по двенадцати миллионам направлений N.
На втором этапе необходимо построить статистические распределения числовых значений ΔT по всем направлениям небесной сферы. Для дальнейшего анализа следует сгруппировать распределения по смежным парам измерительных циклов. Каждая из отобранных групп содержит три статистических распределения по числу частот, формирующих низкочастотный спутниковый диапазон.
Третий этап соответствует выявлению в каждой из групп среди всех изменений температурной анизотропии
наличия частотно-независимых скачков, которые соответствуют
однонаправленному изменению анизотропии в пределах каждой из смежных пар измерительных циклов и наблюдаемых в том или ином направлении небесной сферы на всех трех частотах.
Эти скачки могут быть вызваны как сочетанием квазислучайных изменений температурной анизотропии, так и протеканием неких физических процессов, вызывающих частотную независимость скачков. К таким процессам может относиться искривление пространства-времени тяготеющими массами, т.е. гравитационное линзирование микроволнового реликтового излучения. Физически обусловленные скачки следует искать в хвостах распределений изменений температурной анизотропии, где содержатся наиболее амплитудные по модулю изменения. При этом в одном из хвостов содержатся изменения отрицательного знака, а в другом – положительного. Первые из них соответствуют уменьшению температурной анизотропии в пределах смежных измерительных циклов, а другие – ее возрастанию.
На четвертом этапе необходимо установить «плавающими» границы хвостов распределений, содержащих скачки. Если ширина какого-либо хвоста такова, что в него попадают Nx изменений температуры,
то
вероятность P возникновения изменений
температурных анизотропий внутри такого хвоста на какой-либо частоте
равна
отношению величин
Nx и N. Вероятность
случайного
появления таких изменений на каждой из трех частот в одном хвосте составляет P3, а теоретическое
количество изменений на трех частотах может быть найдено по формуле 1.
Для дальнейшего анализа хвосты распределений были ограничены таким образом, чтобы число Nm принимало значения из ряда: 10-10; 10-9; 10-6; …; 102; 103; 104.
На пятом этапе необходимо отобрать для каждой из смежных пар измерительных циклов и для каждого из значений Nm, а также для каждого из двух хвостов те направления небесной сферы, в которых реализовались частотно-независимые скачки. Установлено, что реальное количество таких скачков существенно превышает их теоретическое значение. Это свидетельствует о том, что в таких хвостах число физически обусловленных скачков анизотропии существенно превосходит число ее квазислучайных независимых от частоты изменений. На рис.2 в виде совокупности точек представлены распределения положений на небесной сфере для выявленных согласно рассматриваемому способу частотно-независимых скачков в первой из смежных пар измерительных циклов зонда «Planck».
Рис. 2а относится к левым хвостам распределений, рис. 2б относится к правым хвостам. Рис2в содержит совокупность всех скачков. Различным значениям Nm соответствуют различные цветовые оттенки изображаемых точек. Чем меньше значение Nm, тем выше вероятность того, что рассматриваемый скачок обусловлен не сочетанием квазислучайных изменений температурной анизотропии, а протеканием частотно- инвариантных физических процессов.
Анализ рисунков показывает, что частотно-независимые скачки выявляются как в левом хвосте распределения (рис.2а) изменений анизотропии, так и в правом (рис.2б). Общее количество таких скачков (рис.2в) достигает более 100 000. Рисунок
3 содержит шесть обозначенных
буквами диаграмм, аналогичных рис2в и соответствующих остальным шести парам смежных измерительных циклов. Анализ этих рисунков свидетельствует о том, что частотно-независимые скачки выявляются в течение всего времени спутниковых измерений в каждой из смежных пар измерительных циклов.
Кроме того, анализ рисунков рис 2в и 3 показывает, что направления небесной сферы, в которых реализуются частотно-независимые физически
обусловленные скачки, могут формировать структуры
в виде цепочек и пустот, причем эти пустоты не связаны с повышенными погрешностями спутниковых измерений в соответствующих направлениях.
Можно предположить, что визуализация подобной структуры точек обусловлена особенностями крупномасштабной структуры распределения масс, вызывающих гравитационное микролинзирование микроволнового реликтового излучения.
Список литературы
1.
Galaxies of the Infrared Sky Near and far structures in the local universe and local are color-coded bay galaxy brightness [Электронный ресурс] // http://www.ipac.caltech.edu: Astrophysics & Planetary Sciences. URL: http://www.ipac.caltech.edu/2mass/gallery/showcase/allsky_gal_col/enlarged.html (англ.). (Дата обращения: 30.06.2017).
2.
Planck: Exploring
the Birth of Our Universe [Электронный ресурс] // nasa.gov: nasa official.
URL:https://www.nasa.gov/mission_pages/planck/overview.html (англ.). (Дата обращения: 30.06.2017).
