卡内基科学研究所 智利卡耐基拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜对此次调查的能力至关重要
荣誉:尤里·贝里茨基，卡内基科学研究所
宇宙中充满了数十亿个星系——但是它们在空间中的分布远非均匀
为什么我们今天在宇宙中看到如此多的结构，它们是如何形成和生长的？ 在智利卡耐基的拉斯坎帕纳斯天文台，用麦哲伦巴德望远镜对数万个星系进行了为期10年的调查，为解答这一基本谜团提供了一种新的方法
由卡内基的丹尼尔·凯尔森领导的研究结果发表在皇家天文学会的月刊上
“你怎么形容那种难以形容的？”凯尔森问道
“用全新的方法解决问题
" 合著者安德鲁·本森说:“我们的策略提供了新的——也是直观的——见解，揭示了从宇宙最早期开始，重力是如何推动结构增长的。”
“这是对宇宙学支柱之一的直接、基于观测的测试
" 卡耐基-斯皮策-IMACS红移测量旨在研究过去90亿年里星系生长和周围环境之间的关系，当时现代星系的外观是由
第一个星系是在大爆炸后几亿年形成的，大爆炸使宇宙开始成为一个由极其高能的粒子组成的热而浑浊的汤
当这种物质从最初的爆炸向外膨胀时，它冷却了，粒子凝聚成中性氢气
一些碎片比其他碎片密度更大，最终，它们的引力克服了宇宙向外的轨迹，物质向内坍塌，形成了宇宙中的第一批结构
密度的差异使得大的和小的结构在一些地方形成，而在另一些地方却不形成，这一直是一个令人着迷的话题
但是直到现在，天文学家模拟过去130亿年宇宙结构增长的能力面临着数学上的限制
本森说:“宇宙中所有粒子之间发生的引力相互作用太复杂，无法用简单的数学来解释。”
因此，天文学家要么使用数学近似法——这损害了他们模型的准确性——要么使用大型计算机模拟法，对所有星系之间的相互作用进行数值模拟，但不是所有粒子之间发生的相互作用，这被认为太复杂了
宇宙的第一个结构起源于大爆炸向外甩出的一些物质克服了它的轨道，自行坍塌，形成团块
卡内基的一个研究小组表明，密度较大的物质块生长得更快，而密度较小的物质块生长得更慢
该小组的数据揭示了过去90亿年间宇宙的密度分布
(在插图中，紫色代表低密度区域，红色代表高密度区域
)回溯时间，他们的发现揭示了创造宇宙最早结构的密度波动(最右边，紫色和蓝色)
这与我们从宇宙大爆炸的余晖中了解到的古代宇宙相一致，被称为宇宙微波背景(最右边是黄色和绿色)
研究人员通过测量近10万个星系的距离和质量获得了他们的结果，追溯到宇宙只有4岁的时候
50亿年前
卡耐基-斯皮策-IMACS红移调查研究的大约35，000个星系在这里表示为小球体
信用:丹尼尔·凯尔森
CMB数据基于普朗克获得的观测数据，普朗克是欧空局的一项科学任务，其仪器和贡献由欧空局成员国、美国航天局和加拿大直接资助
“我们调查的一个关键目标是计算在大量精选的遥远星系中发现的恒星的质量，然后利用这些信息制定一种新的方法来理解宇宙结构是如何形成的，”凯尔森解释说
该研究小组还包括卡耐基的路易斯·艾布拉姆森、香农·帕特尔、斯蒂芬·谢克特曼、艾伦·德雷斯勒、帕特里克·麦卡锡和易小轩
穆尔塞伊和现在优步科技公司的里克·威廉姆斯首次证明，个体原型结构的增长可以被计算出来，然后在整个空间内进行平均
这样做揭示了密度大的团块生长得更快，而密度小的团块生长得更慢
然后，他们能够逆向工作，确定密度波动的原始分布和增长率，最终成为决定我们今天看到的星系分布的大规模结构
本质上，他们的工作提供了一个简单而准确的描述，说明了密度波动为什么以及如何以它们在真实宇宙中的方式增长，以及基于计算的工作是如何支撑我们对宇宙婴儿期的理解的
“它非常简单，非常优雅，”凯尔森补充道
如果没有在拉斯坎帕纳斯安排特别多的观测夜，这些发现是不可能的
“许多机构没有能力独自承担这样规模的项目，”天文台台长约翰·马尔切伊说
“但是多亏了我们的麦哲伦望远镜，我们才能够进行这次调查，并创造出这种新颖的方法来回答一个经典的问题
" “虽然毫无疑问，这个项目需要像卡内基这样的机构的资源，但如果没有我们在基特峰和塞罗托洛洛获得的大量额外红外图像，我们的工作也不可能进行，这两个地方都是国家科学基金会国家光学红外天文学研究实验室的一部分，”凯尔森补充说
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