銀河の配置にはフラクタルやランダムなどのパターンがあるのでしょうか?

銀河はどこで変化し、その配置には何らかのパターンがあるのでしょうか?

宇宙には決まったパターンがあるのでしょうか？

天文学者は古くからの疑問に答えを持っている

宇宙の網の中の銀河団

(写真提供: K. Dolag、Universitäts-Sternwarte München、Ludwig-Maximilians-Universität München、ドイツ)

宇宙学者たちは何十年もの間、宇宙の大規模構造がフラクタルであるかどうか、つまり、あらゆるサイズで同じに見えるかどうか疑問に思ってきた。科学者たちは、多数の銀河を研究した後、最終的にこれは事実ではないが、いくつかの銀河は事実であるという結論に達しました。

20世紀初頭、エドウィン・ハッブルがM31までの距離が天の川銀河の大きさをはるかに超えることを発見した後、宇宙飛行士たちは宇宙の広大さに気づき始めました。さらに、近くや遠くに現れる小さな星の点が見えることも発見されました。そこで疑問が生じます。これらの銀河の配置には規則的なパターンがあるのでしょうか?それとも完全にランダムですか?

一見ランダムに配置されているように見えます。天文学者は、それぞれが何千もの銀河を含む巨大な銀河団を観測します。独立して存在する小さな銀河も数多く存在します。これらの観察を総合すると、配置にはいわゆるパターンが存在しないように見えます。

天文学者も同意している。彼らはずっと昔に宇宙原理を提唱しました。それは、宇宙はほぼ均質（大まかに言えば、ある場所から別の場所まで同じという意味）かつ同形（どの方向から見ても同じという意味）であるというものです。そして、多くの銀河や銀河団がこの原理に従っています。

しかし 1870 年代後半になると、銀河の研究はより洗練され専門化され始め、科学者たちは銀河を生み出すパターンの起源を明らかにし始めました。銀河団を除けば、銀河自体は細長い糸のような形をしています。広大な障壁に加えて、広大で無限の宇宙も存在します。天文学者はこれを宇宙の網と呼んでいます。このパターンは宇宙論の原理に反しています。なぜなら、この大きな領域は宇宙の他の大きな領域とは似ていないからです。

宇宙の中の宇宙

フラクタルの父である数学者ブノワ・マンデルブロは、ある仮説を提唱しました。彼は、フラクタルを定義するのは難しいが、それは明白なことであり、どのように探求しても常に繰り返されていることを私たちの直感が教えてくれると信じています。数学者は長年にわたり自己相似パターンを研究してきました。マンデルブロはフラクタルの定義を提案しなかったが、「フラクタル」という言葉を作り出し、現代のフラクタルの研究を推進した。

フラクタルはどこにでもあると言えます。たとえば、雪片上の点を無限に拡大すると、雪片を顕微鏡的視点から見ることができます。枝を無限に拡大すると、枝を微視的な視点から見ることができます。海岸線を拡大すると、ミニチュアの海岸線が見えます。フラクタルは自然界のいたるところに見られ、フラク​​タルの数学によって宇宙のさまざまな自己相似構造を理解することができます。

もしそうだとすれば、マンデルブロは、おそらく宇宙全体がフラクタルであり、私たちが目にする銀河の配置パターンはフラクタルの初期形態なのではないかと仮説を立てました。あるいは、調査と探索を続ける限り、入れ子構造を発見するかもしれません。宇宙の網の中に宇宙の網があり、それが宇宙全体を満たしているのです。

均質化と低温殺菌

天文学者が宇宙の網についての研究を深めるにつれ、人々は徐々にビッグバンを理解し始め、宇宙に大規模な流れのパターンが存在する理由を説明し始めています。これらの理論は宇宙の均質性を裏付けるものであり、天文学者のこれまでの研究よりも包括的である。

断片化された宇宙の最終的なテストは、スローン・デジタル・スカイ・サーベイなどの本当に大規模な調査によって何百万もの銀河の位置を地図に描き、これまでの技術では不可能だった宇宙網の大まかな形を描くことができるようになる今世紀まで待たなければならないだろう。

フラクタル宇宙が本当に存在するなら、私たちが見ている宇宙は、別のより大きな宇宙の中に存在するはずです。もしそれが存在しないなら、将来のある時点で、宇宙のウェブは宇宙のウェブではなく、ランダムに配置され、他のウェブとは異なるものと呼ばれるようになるはずです。

宇宙はフラクタルではありませんが、宇宙の網の一部は依然としてフラクタルであり、これは興味深い現象です。たとえば、「ハロー」と呼ばれる暗黒物質の塊にはサブハローとサブサブハローが含まれており、その中に銀河とそのクラスターが含まれ、入れ子構造とサブ構造を形成しています。

それどころか、私たちの宇宙は完全に空ではありません。そこにはいくつかの淡い矮小銀河があり、これらの銀河は淡い宇宙の網の目のように配置されています。コンピューターでシミュレーションすると、この構造のサブギャップには独自の宇宙ウェブが形成されます。

著者:ポール・サッター

FY: シャオファ

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