Universumissa on noin 2000 miljardia galaksia, jotka on järjestetty ryhmiin, klustereihin ja superklustereihin. Nämä rakenteet ulottuvat miljoonien valovuosien päähän, muodostaen monimutkaisen kosmisen verkon. Kuitenkin tämä rakenteiden hierarkia ei toistu loputtomasti.

Kosmisen verkon malli, joka näyttää kirkkaat galaksit kokoontuvan sinne, missä kaasufilamentit kohtaavat.
Kuva: ESA / Springel et al., Virgo Consortium
Kuva: ESA / Springel et al., Virgo Consortium
Benoit Mandelbrot teki fraktaalien käsitteen tunnetuksi 1900-luvun puolivälissä. Fraktaali on rakenne, joka määritellään ainutlaatuisella matemaattisella kaavalla ja joka säilyttää muotonsa kaikilla mittakaavoilla. Mandelbrot kysyi, voisiko universumi olla fraktaali.
Fraktaalit ovat läsnä luonnossa kaikkialla, puun oksista lumihiutaleiden muotoihin. Mandelbrot tutki, paljastaisiko universumi etääntyessään toistuvia rakenteita. Itse asiassa havaitsemme rakenteiden hierarkian eri mittakaavoilla.
Kuitenkin tällä hierarkialla on raja. Noin 300 miljoonan valovuoden mittakaavassa universumi muuttuu homogeeniseksi, ilman suurempia rakenteita. Näin ollen universumi ei ole fraktaali, vaikka jotkut osat kosmisesta verkosta omaavat fraktaalimaisia ominaisuuksia.
Pimeän aineen halo, jotka sisältävät galakseja ja niiden klustereita, muodostavat toisiinsa kietoutuneita rakenteita, joissa on alahaloja ja alahaloja. Samoin universumin tyhjät alueet eivät ole täysin tyhjät, vaan niissä on muutamia kääpiögalakseja, jotka on järjestetty hienovaraiseksi versioksi kosmisesta verkosta.
Vaikka universumi kokonaisuudessaan ei ole fraktaali, fraktaalimaiset ominaisuudet ovat läsnä sen monimutkaisissa rakenteissa. Tietokonesimulaatiot paljastavat alatyhjöitä, jotka sisältävät omia kosmisia verkkojaan, osoittaen universumin rikkauden ja monimutkaisuuden.
Mitkä ovat fraktaalit?
Fraktaali on geometrinen kuvio tai luonnollinen joukko, jolla on monimutkainen ja yksityiskohtainen rakenne kaikilla mittakaavoilla. Käsitteen teki tunnetuksi Benoit Mandelbrot, joka osoitti, kuinka nämä muodot esiintyvät luonnossa, merirannoista kasvien rakenteisiin.Fraktaalit määritellään matemaattisilla kaavoilla, jotka tuottavat toistuvia kuvioita. Nämä kuviot ovat itsesimilaarisia, mikä tarkoittaa, että ne säilyttävät ulkonäkönsä riippumatta siitä, millä mittakaavalla niitä tarkastellaan.
Kosmologisessa kontekstissa fraktaaleja on harkittu mahdollisena mallina universumin rakenteelle. Kuitenkin havainnot osoittavat, että universumi muuttuu homogeeniseksi suuressa mittakaavassa, mikä rajoittaa fraktaalimallin soveltamista koko kosmokseen.
Entä pimeä aine?
Pimeällä aineella on keskeinen rooli kosmisten rakenteiden muodostumisessa ja kehityksessä. Näkyvistä ja ei-säteilevistä, se vaikuttaa gravitaatiovoimalla galaksien ja galaksiklustereiden jakautumiseen.Pimeän aineen halot, laajat pilvet tästä vielä salaperäisestä aineesta, ympäröivät galakseja ja niiden klustereita. Nämä halot sisältävät alarakenteita, kuten alahaloja, jotka sisältävät pienempiä galakseja.
Tietokonesimulaatiot osoittavat, että pimeä aine muodostaa monimutkaisen kosmisen verkon, jossa on filamentteja ja tyhjyyksiä. Tämä verkko vaikuttaa näkyvän aineen, kuten tähtien ja galaksien, jakautumiseen ja sillä on keskeinen rooli universumin suurten rakenteiden muodostumisessa.