تحلیل تابعی‌های مینکوفسکی میدان چگالی در شبیه‌سازی‌های n-ذره‌ای ساختارهای کیهانی

در این مقاله، ریخت‌شناسی میدان ساختارهای بزرگ مقیاس را در انتقال به سرخ صفر حاصل از شبیه‌سازی‌های n-ذره‌ای در چارچوب مدل استاندارد کیهان‌شناسی و مدل برهمکنشی ماده و انرژی تاریک، بررسی می‌کنیم. نتایج تابعی‌های دوم و سوم مینکوفسکی که نشان‌دهنده خمیدگی میانگین و جینس هستند، برای دو نوع شبیه‌سازی که انتظار نداریم نسبت به هم متفاوت باشند، تفاوت معنادار نشان می‌دهد و حاکی از وجود خطاهای سیتماتیک در شبیه‌سازی است. اما تابعی‌های صفرم و اول مینکوفسکی که معرف حجم و مساحت همسطح‌ها هستند، به عنوان ابزار قابل اعتماد برای تمایز بین مدل‌های کیهانشناختی قابل استفاده هستند. برای یک مدل خاص برهمکنیشی ماده و انرژی تاریک، که در آن انرژی تاریک در دوره طولانی نقشی شبیه به ماده تاریک را ایفا می‌کند و در نتیجه تشکیل ساختار سریعتر رخ می‌دهد، مقادیر تابعی مینکوفسکی صفرم و اول به ترتیب کمتر و بیشتر از نتایج حاصل در مدل استاندارد کیهانشناسی به ازای چگالی‌های کم، است.

Minkowski Functionals analysis of density field in cosmic structures N-body simulations

In this paper, we examine the morphology of large scale structures at zero redshift given by the N-body simulations within the cosmological standard model framework and interacting dark energy-dark matter models. The results for the second and third Minkowski functionals, representing the mean curvature and genus, indicate a significant difference for two types of simulation, which we do not expect to have difference from each other. It shows the existence of systematic errors in the simulations. But the zeroth and the first Minkowski functionals which define the volume and area of the isosurfaces, can be utilized as the reliable tools for distinguishing between various cosmological models. In near-threshold there is a more significant difference compared to other thresholds. For a particular dark matter and dark energy interacting model in which, for a long epoch dark energy plays a same role as dark matter, therefore the rate of large scale structures would be higher than that of for standard model, and as a result, the formation of large scale structures occurs faster, therefore the value of zeroth and first Minkowski Functionals are lower and higher than that of for model for low density, respectively.