Цвета галактик рисуют узор Вселенной экспресс
Если высыпать на пол горсть разноцветных бусин, они лягут по-разному: одни соберутся в кучки, другие разлетятся по углам. Примерно так же разбросаны по Вселенной галактики разных цветов — голубые, зелёные и красные. Учёные решили измерить, насколько «кучковато» они распределены, с помощью числа, которое называется фрактальной размерностью. Оно показывает, насколько плотно объекты заполняют пространство: у гладкого листа размерность 2, у измятого — чуть меньше, у рассыпанных точек — ещё меньше.
Астрономы взяли каталог из 618 952 галактик, наблюдавшихся вплоть до красного смещения z=4 (то есть мы видим их такими, какими они были, когда Вселенной было меньше полутора миллиардов лет). Для каждой галактики известен цвет: голубые — молодые, с активным звездообразованием; красные — старые, где новые звёзды уже почти не рождаются; зелёные — промежуточные. Оказалось, что для близких к нам галактик (z<1) фрактальная размерность у голубых самая большая (до 2,03), у красных поменьше, у зелёных самая маленькая (1,40). То есть голубые галактики распределены более равномерно, как мука, рассыпанная по столу, а зелёные — более кучно, как изюм в кексе.
Но самое интересное происходит на больших расстояниях. Для галактик с красным смещением от 1 до 4 картина меняется: теперь у голубых галактик размерность всё ещё самая высокая, но у зелёных она становится больше, чем у красных. При этом все значения резко падают — до 0,03–0,44. Это значит, что в молодой Вселенной все галактики, независимо от цвета, были распределены гораздо более «комковато», чем сейчас. Космическая паутина — сеть из тёмной материи и газа — тогда была плотнее и сильнее стягивала галактики в узлы и нити.
Получается, цвет галактики работает как метка её места в космической паутине. Голубые галактики чаще встречаются в менее плотных областях, красные — в плотных скоплениях, а зелёные — на окраинах. Со временем эта картина меняется: галактики стареют, краснеют и переезжают в более плотные районы. Фрактальная размерность оказалась чувствительным инструментом, который позволяет увидеть эту эволюцию по одним лишь цветам и координатам галактик.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.05309
The fractal dimension $$D$$ is used to map the large-scale galaxy distribution in the Universe by color types: blue, green and red. Using a $$NUVrK$$-complete COSMOS2020 subsample of 618,952 galaxies observed up to $$z=4$$, number densities were derived and plotted against two cosmological distance measures, the luminosity and comoving (galaxy area) distances, in order to estimate $$D$$ for each galaxy color type in two redshift intervals: $$z\gtrless1$$. We found a general gradient $$D_{\mathrm{blue}}> D_{\mathrm{red}}>D_{\mathrm{green}}$$ with $$D=1.40-2.03$$ for $$z<1$$. For $$1
Фрактальная размерность распределения галактик для близкой Вселенной близка к 2, но никогда не достигает 2 — значит, галактики никогда не заполняют пространство равномерно, всегда остаются сгустки и пустоты.