До недавнего времени было актуальным предположение о том, что крупнейшими образованиями во Вселенной являются системы галактик. Однако в настоящее время установлено, что структура Вселенной имеет ячеисто-сетчатую форму. Размер ячейки составляет примерно 100 миллионов световых лет. Внутри данных ячеек галактик не обнаружено: они расположены на разных стенках ячеек. В связи с этим крупнейшими материальными образованиями во Вселенной признаны именно ячейки и пустоты, называемые войдами. Также установлено, что число галактик практически одинаково на исследуемых областях Вселенной, что свидетельствует о том, что галактики распределены во Вселенной равномерно. Это также подтверждается однородностью и изотропностью реликтового излучения.
Информация, которая была получена при исследовании реликтового фона, содержит сведения о том, что при отделении излучения от вещества Вселенная представляла собой однородную структуру. Скопления вещества были ничтожно малыми, что являлось значительной проблемой.
Другой существенной проблемой стала ячеистая структура скоплений галактик и сферическая структура среди более мелких скоплений.
Теории, призванные объяснить возможность зарождения крупномасштабных структур во Вселенной, должны разрешить указанные противоречия. При этом может быль построена истинная модель Вселенной.
Теория возникновения крупномасштабных структур во Вселенной была названа «Иерархической теорией». В соответствии с данной теорией, первоначально возникли галактики небольших размеров, габариты которых были примерно равными Магеллановому облаку. С течением времени данные галактики объединялись и образовывались более крупные галактики.
В настоящее время достоверность выдвинутой теории подвергается значительными сомнениям. Во многом этому содействует downsizing.
Downsizing (от англ. «downsizing» - «сокращение») - это понятие, которое было принято в космологии и астрофизике, означает образование крупных галактик до того, как были сформированы мелкие.
Следует отметить, что в современных космологических исследованиях предпочтительной является иерархическая теория.
Каждая теория включает в себя предположения о том, что все объекты, имеющиеся в составе Вселенной, были сформированы в ходе первоначальных возмущений. Стандартной теорией стала теория Джинса. Неустойчивость Джинса представляет собой классический случай данной теории, который рассматривает идеальную жидкость. Согласно законам Ньютона, идеальная жидкость создаёт гравитационный потенциал. В данном случае из решения уравнения гидродинамики и потенциала можно вывести значение размера возмущения, при котором возникает коллапс. Следует отметить, что флуктуации соответствующего размера нестабильны, так же как в статическом случае. Рост возмущений осуществляется посредством линейного способа или слабее; это находится в зависимости от изменения значений величины Хаббла, а также от показателя плотности энергии.
В модели, разработанной Джинсом, коллапс возмущений в нерелятивистской среде описан достоверно для случая, при котором размер возмущений меньше текущего горизонта событий. В других случаях необходимо рассматривать точные релятивистские уравнения.
Ключевым моментом в эволюции крупномасштабных структур можно считать процесс рекомбинации водорода. До момента рекомбинации на процессы эволюции оказывают воздействие одни механизмы, а после этого процесса – другие.
Волны плотности, которые изначально превышают горизонт событий, воздействия на плотность материи не оказывают. Однако при расширении размер горизонта становится примерно равным размеру длины волны возмущения. Можно сказать, что волна входит в горизонт или выходит из него. Процесс расширения волны наблюдается в заключительной стадии данного процесса. Таким образом, распространение звуковой волны происходит на расширяющемся фоне. На данном этапе под горизонт входят волны не более 790 Мпк. Волны, имеющие ключевое значение для создания галактик и скоплений галактик, входят в начале этой стадии.
В данный период вещество представляет собой многокомпонентную плазму, в которой имеются многочисленные механизмы затухания звуковых возмущений. Наиболее эффективным механизмом является затухание Силка. Когда подавление звуковых колебаний завершается, сохраняются лишь адиабатические возмущения.
В течение определённого времени возникает одновременная эволюция обычной и тёмной материи. Впоследствии в результате её взаимодействия с излучением происходит медленное снижение температуры обычного вещества. При этом осуществляется термическое и кинематическое разделение барионного вещества и темной энергии.
По причине начального коллапса образуются звёзды, имеющие большую массу, которые излучают в жёсткой части спектра. Жесткие кванты, испускаемые в это время, сталкиваются с нейтральным водородом и ионизируют его. Таким образом, непосредственно после первой вспышки звездообразования осуществляется вторичная ионизация водорода.