Taevased pärlikeed

Maarja Bussov, Elmo Tempel | 16.10.2014

Galaktikate kolmemõõtmeline jaotus Universumis on keerukas galaktika gruppide, filamentide ja superparvede võrgustik, mis sisaldab endas ka väiksemaid ja suuremaid kosmilisi tühikuid. Analüüsides galaktikate jaotust piki galaktikate ahelaid ehk filamente, leidsid Tartu Observatooriumi astronoomid Elmo Tempeli eestvedamisel, et galaktikate filamendid on nagu taevased pärlikeed, kus galaktika grupid paiknevad piki filamenti teatud regulaarsusega.


Näide galaktikate filamentidest universumis. Punased ja sinised punktid märgivad filamendi selgroo (roheline joon) lähedal asuvaid galaktikaid. Hallid punktid on taustal olevad galaktikad, mis ei asu filamentides.

Suureskaalalised galaktikate punanihke uuringud on paljastanud universumi võrgusarnase struktuuri. Kolmemõõtmeliste galaktikakaartide abil soovivad astronoomid mõista selle struktuuri omadusi. Galaktikate jaotuse silmapaistvaimaks elemendiks on filamendid ehk galaktikatest ja galaktika gruppidest koosnevad ahelad. Galaktikate filamendid sisaldavad ligikaudu 40% universumi ainest. Filamentide uurimine on viimastel aastatel muutunud oluliselt aktuaalsemaks ning nende uurimine on üks võtmeküsimusi terve universumi arengu mõistmisel.

Hiigelsuurte andmestike abil, mis sisaldavad infot kuni mitmesaja megaparseki (ligikaudu miljard valgusaastat) kaugusel asuvate galaktikate kohta, proovivad teadlased luua lihtsat ja usaldusväärset meetodit universumis olevate struktuuride leidmiseks. Elmo Tempel ja kaasautorid on uurinud Sloan Digital Sky Survey (SDSS) galaktikate punanihke uuringu andmeid. SDSS vaatlusprogrammi käigus on ära mõõdetud ligikaudu poole miljoni galaktika kaugused. Saadud andmete abil on koostatud galaktikate gruppide kataloog ning soovitakse leida galaktikatest moodustatud ahelaid ehk filamente.

Tutvustust ja kasutust leidev meetod on Bisous mudel, mis on välja töötatud Prantusmaa Lille Ülikooli matemaatiku Radu Stoica poolt. Selle abil leitakse galaktikatest moodustatud punktihulgast Monte-Carlo Markovi ahelate meetodit kasutades tõenäoseimad filamentide selgroogude asukohad. Selle mudeliga modelleeritakse filamentvõrgustikku, mis on joonistunud välja galaktikatest. Tõõ peamine idee seisneb selles, et filamentvõrgustik moodustub omavahel ühendatud ja kohakuti asuvate silindrite juhuslikust konfiguratsioonist. Sellist interakteeruvat märgitud punkt-protsessi nimetatkse Bisous mudeliks, mis on spetsiaalselt välja töötatud juhuslike kosmosemustrite genereerimiseks ja analüüsimiseks. Mudeli keerukas matemaatiline aparatuur tagab konstrueeritud galaktikate filamentide usaldusväärsuse. Bisous mudelit võib praegusel hetkel nimetata kõige keerulisemaks algoritmiks, millega on galaktikate jaotusest struktuure otsitud.

Uuringu järgmistes etappides analüüsiti Bisous mudeli abil loodud filamentide võrgustiku andmestikku. Huvi pakub filamentides olevate galaktikate ja galaktika parvede paiknemine piki filamendi selgroogu. Pikemad filamendid võimaldavad uurida regulaarsust galaktikate ja parvede paiknemises. Seetõttu on vaatluse all minimaalselt 20 megaparseki pikkused filamendid, mis sisaldavad vähemalt 10 galaktikat või vähemalt 5 galaktika gruppi. Eesmärk on leida galaktikate ja parvede paiknemises regulaarset mustrit. Igasugune regulaarsus galaktikate jaotuses annab olulist informatsiooni universumi tekkimise ja struktuuri arengu kohta.

Galaktikate ja parvede vaheliste kauguste uurimiseks piki filamente konstrueeritakse paaris-korrelatsioonifunktsioon ja selleks, et testida galaktikate ja parvede paiknemise perioodilisust, konstrueeritakse Rayleigh statistik. Galaktikate vaheliste ja parvede vaheliste kauguste mõõtmiseks piki filamenti projekteeritakse kõik filamendi telje lähedal asuvad galaktikad filamendi selgroole.


Galaktikate (vasakul) ja gruppide (paremal) paaris-korrelatsioonifunktsioon piki filamenti. Regulaarsus 10 Mpc (7Mpc/h) juures on selgelt märgatav.

Paaris-korrelatsioonifunktsioonide konstrueerimisel jõuti tulemuseni, et galaktikad ja parved ei asu piki filamenti kui ühtlase jaotusega juhuslikud punktid. Galaktikad paiknevad gruppides ja parvedes, mida omakorda ümbritseb tühjem ala. Peamiseks tulemuseks saadi, et galaktikad ja galaktika parved eelistavad omada vahekaugust 10 Mpc (megaparsekit). Lisaks sellele on eelistatud ka väiksem 6 Mpc suurune vahekaugus. See näitab, et kahe piki filamenti 10 Mpc poolt eraldatud galaktika parve vahel asub tõenäoliselt veel üks väiksem galaktikaparv. Filament näeb piltilikult välja kui pärlikee. Suurim erinevus galaktikate ja parvede paiknemises on see, et parvede lähiümbrus on tühi. See viitab sellele, et galaktika grupid ei moodusta piki filamenti veelgi suuremaid galaktikaparvi.


Rayleigh statistik piki filamenti. Perioodilisus on kõige tugevam 10 Mpc (7Mpc/h) juures. Sinine piirkond näitab juhuslikku signaali perioodilisuse puudumise korral.

Antud töö käigus avastati, et galaktikad ja parved asetsevad piki filamendi selgroogu regulaarselt. Eelistatud vahekaugus galaktikate ja parvede vahel on umbes 10 Mpc. Natukene nõrgem regulaarsus ilmeb 6 Mpc juures. Galaktikate ja parvede paiknemise uurimine piki filamendi telge näitas, et iga parve ümber on piirkond, kus asub keskmiselt palju vähem galaktikaid. Galaktikate jaotuse regulaarsus piki filamendi telge on uus tulemus, mis võib aidata mõista universumi struktuuride kujunemist ning ta võib anda olulist infot, et mõista tumeenergia rolli Universumi arengus.

Artiklid: