重力不安定性

宇宙の構造がどのように進化するかを説明する鍵となる考え方は、重力の不安定性です。^[1]物質を集めて構造を形成するには長距離の力が必要であり、重力が唯一の既知の可能性です。(電磁気力は長距離の力ですが、電荷の中性により、その影響は大規模では重要ではありません。) 基本的な考え方は次のとおりです。

ある初期時点、たとえば分離時点で、物質の分布に小さな不規則性があるとします。物質の多い領域は、隣接する領域に対してより大きな重力を及ぼし、そのため周囲の物質を引き寄せる傾向があります。この余分な物質によって、それらの領域は以前よりもさらに密度が高くなり、重力による引力が増し、隣接する領域に対する引力がさらに強化されます。したがって、物質の不規則な分布は重力の影響下で不安定になり、時間の経過とともにますます不規則になります。

この不安定性は、宇宙が分離時よりも今の方がはるかに不規則であるという観察を説明するのにまさに必要なものであり、重力の不安定性が宇宙の構造形成につながる主な影響であることがほぼ普遍的に認められています。これは魅力的で単純な図ですが、現実には重力が主導的な役割を果たしているかもしれませんが、他の多くのプロセスも役割を果たし、物事はかなり複雑になるという事実によってむしろ台無しになっています。たとえば、放射線の圧力はその密度に比例することがわかっており、構造形成中に不規則性によって圧力勾配が生成され、重力の崩壊に反対する力が発生します。ニュートリノは相対論的に移動し、他の物質と相互作用しないため、構造が形成されるとそこから逃げることができます。そして、構造形成が始まると、星、特に超新星の複雑な天体物理学は、エネルギーを銀河間領域に注入し、重力崩壊がまだ完了していない領域に影響を与える可能性があります。^[2]