巡游宇宙网络：探索星系分布中的结构形态

尽管在星系红移巡天中，纤维状结构和墙状结构等连贯的大尺度结构肉眼可见，但迄今为止，用计算机算法对其进行表征仍很困难。本文提出了一种利用星系密度场 Hessian 矩阵的特征值和特征向量来表征大尺度结构形态的方法。通过分析平滑后的密度场及其 Hessian 矩阵，我们可以确定在不同尺度上主导星系大尺度分布的结构类型——墙状结构、纤维状结构或团块。我们已在 ΛCDM 宇宙学 N 体模拟中的模拟星系分布以及斯隆数字巡天观测到的星系分布上运行了该算法。两个星表的结构形态相似，在 10-20 h^{-1} Mpc 的平滑尺度上均以纤维状结构为主，在 5 h^{-1} Mpc 尺度上则以团块为主。两种分布中都有墙状结构存在的证据，但在小于约 25 h^{-1} Mpc 的尺度上，墙状结构并非主导结构。对模拟的分析表明，在给定的共动平滑尺度上，结构随时间从墙状结构演化为纤维状结构，再演化为团块；在给定时刻，较小平滑尺度上的结构在此演化进程中处于更靠后的阶段。