Tyhjiö (tähtitiede)

Kosmiset tyhjiöt ovat valtavia galaksisäikeiden (jotka ovat maailmankaikkeuden suurimpia rakenteita) väliin jääviä alueita, jotka sisältävät hyvin vähän tai eivät sisällä lainkaan galakseja. Tyhjiöt ovat tyypillisesti halkaisijaltaan kymmenestä sataan megaparsekkia. Erityisen suuria tyhjiöitä, jotka jäävät materiarikkaiden superjoukkojen väliin, kutsutaan usein supertyhjiöiksi. Niissä on vähemmän kuin kymmenesosa siitä keskimääräisestä materiarikkaudesta, joka lasketaan tyypilliseksi maailmankaikkeudessamme. Ne havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1978 Stephen Gregoryn ja Laird A. Thompsonin uraauurtavassa tutkimuksessa Kitt Peak National Observatoryssa.
Tyhjiöiden uskotaan muodostuneen alkuräjähdyksessä,  tiiviin baryonisen aineen imploosiosta, alkaen pienistä kvanttivaihtelun anisotropioista varhaisessa maailmankaikkeudessa. Nämä anisotropiat kasvoivat suuremmiksi ajan myötä. Korkeamman tiheyden omaavat maailmankaikkeuden alueet luhistuivat nopeammin painovoiman alla, lopulta johtaen laajamittaiseen, vaahtomaiseen tyhjiöiden ja galaksimuurien "kosmiseen verkkoon", minkä nykypäivänä pystyy näkemään. Tyhjiöt, jotka sijaitsevat korkeamman tiheyden omaavilla alueilla ovat pienempiä kuin tyhjiöt, jotka sijaitsevat matalamman tiheyden omaavilla alueilla.
Tyhjiöt näyttävät korreloivan kosmisen taustasäteilyn havaitun lämpötilan kanssa Sachs–Wolfe-ilmiön vuoksi. Kylmemmät alueet korreloivat tyhjiöiden kanssa ja lämpimämmät galaksisäikeiden kanssa johtuen gravitaatiollisesta punasiirtymästä. Koska Sachs–Wolfe-vaikutus on merkittävä ainoastaan, jos maailmankaikkeutta hallitsee säteily tai pimeä energia, tyhjiöt on merkittäviä tekijöitä fyysisien todisteiden tarjoamisessa pimeästä energiasta.

Historia

Kosmiset tyhjiöt astrofysiikan tutkimisaiheena alkoi 1970-luvun puolivälissä kun punasiirtymiä alettiin tutkia tarkemmin, mikä johti vuonna 1978 kahden erillisen astrofyysikkoryhmän löytämään ja tunnistamaan superjoukkoja ja tyhjiöitä galaksien levittäytymisessä avaruudessa. Uudet punasiirtymätutkimukset mullistivat tähtitieteen alana lisäten syvyyttä kaksiulotteisiin karttoihin maailmankaikkeuden rakenteista, jotka olivat ennen usein tiheästi pakattuja ja päällekkäisiä, mahdollistaen ensimmäisen kolmiulotteisen kartan maailmankaikkeudesta. Punasiirtymätutkimuksissa syvyys laskettiin galaksien yksittäisistä punasiirtymistä, jotka johtuvat maailmankaikkeuden laajenemisesta Hubblen lain mukaan.

Methods for finding

On olemassa useita tapoja löytää tyhjiöitä suuren mittaluokan universumikartoituksilla. Monista erilaisista algoritmeista kuitenkin lähes kaikki voidaan jakaa kolmeen yleiseen luokkaan. Ensimmäinen luokka koostuu "tyhjiöetsijöistä", jotka yrittävät löytää tyhjiä alueita avaruudesta perustuen paikalliseen galaksitiheyteen. Toisessa luokassa ovat ne, jotka yrittävät löytää tyhjiöitä pimeän aineen geometristen rakenteiden levinneisyyden kautta, galaksien viittaamana. Kolmas luokka koostuu niistä etsijöistä, jotka tunnistavat rakenteita dynaamisesti käytämällä gravitatiivisesti epävakaita pisteitä pimeän aineen distribuutiossa. 

Merkitys

Tyhjiöt ovat vaikuttaneet merkittävästi nykyaikaiseen käsitykseen maailmankaikkeudesta sovelluksilla, jotka vaihtelevat pimeää energiaa valottavista kosmologista evoluutiota jalostaviin ja rajoittaviin.