Astrofizicienii au creat o simulare de „mașină a timpului” pentru a observa ciclul de viață al strămoșilor orașelor galactice

Multe procese din astrofizică durează foarte mult timp, ceea ce face dificilă studierea evoluției lor. De exemplu, o stea precum soarele nostru are aproximativ 10 miliarde de ani, iar galaxiile evoluează de-a lungul miliardelor de ani.

O modalitate prin care astrofizicienii abordează acest lucru este să se uite la diferite obiecte diferite pentru a le compara în diferite stadii de dezvoltare. Ei pot, de asemenea, să privească obiecte îndepărtate pentru a privi în mod eficient înapoi, datorită timpului necesar pentru ca lumina să ajungă la telescoapele noastre. De exemplu, dacă ne uităm la un obiect aflat la 10 miliarde de ani lumină distanță, îl vedem așa cum era acum 10 miliarde de ani.

Acum, pentru prima dată, cercetătorii au creat simulări care recreează întregul ciclu de viață al unora dintre cele mai mari grupuri de galaxii observate în universul îndepărtat în urmă cu 11 miliarde de ani, potrivit unui nou studiu publicat pe 2 iunie 2022 în jurnal. astronomie naturală.

Simulările cosmice sunt esențiale pentru a studia modul în care universul a devenit așa cum este astăzi, dar multe dintre ele nu se potrivesc de obicei cu ceea ce astronomii observă prin telescoape. Cele mai multe sunt concepute pentru a se potrivi cu universul real doar într-un sens statistic. Pe de altă parte, simulările cosmice constrânse sunt concepute pentru a reproduce structurile pe care le observăm de fapt în univers. Cu toate acestea, majoritatea simulărilor actuale de acest tip au fost aplicate universului nostru local, adică aproape de Pământ, dar nu și observațiilor universului îndepărtat.

O echipă de cercetători, condusă de cercetătorul Kavli Institute of Physics and Mathematics of Project Universe și primul autor Metin Ata și profesorul asociat al proiectului Khe-Jan Lee, a fost interesată de structurile îndepărtate, cum ar fi clusterele masive de galaxii, care sunt strămoșii zilelor noastre. Se adună galaxii înainte de a se aduna sub influența gravitației. Ei au descoperit că studiile actuale ale protoclusterelor îndepărtate au fost uneori suprasimplificate, ceea ce înseamnă că au fost efectuate folosind modele simple, mai degrabă decât simulări.

Capturile de ecran din simulare arată (sus) distribuția materiei corespunzătoare distribuției galaxiilor observate într-un timp de călătorie în lumină de 11 miliarde de ani (când universul avea doar 2,76 miliarde de ani sau 20% din vârsta sa actuală) și (jos ) distribuția materiei în aceeași regiune după 11 miliarde de ani, un miliard de ani lumină și ceva. Credit: Ata et al.

„Am vrut să încercăm să dezvoltăm o simulare completă a universului real îndepărtat pentru a vedea cum au început structurile și cum s-au terminat”, a spus Atta.

Rezultatul lor a fost COSTCO (COsmos Constrained Field Simulation).

Mi-a spus că dezvoltarea unei simulări seamănă cu construirea unei mașini a timpului. Deoarece lumina din universul îndepărtat ajunge pe Pământ abia acum, telescoapele galactice pe care le vedeți astăzi sunt o imagine a trecutului.

„Este ca și cum ai găsi o fotografie veche alb-negru cu bunicul tău și ai face un videoclip cu viața lui”, a spus el.

În acest sens, cercetătorii au făcut instantanee ale galaxiilor ancestrale „tinere” din univers și apoi și-au înaintat rapid vârsta pentru a studia modul în care s-au format clusterele de galaxii.

Lumina din galaxiile folosite de cercetători a călătorit la 11 miliarde de ani lumină depărtare pentru a ajunge la noi.

Cea mai mare provocare a fost să luăm în considerare mediul pe scară largă.

„Acesta este un lucru foarte important pentru soarta acelor structuri, indiferent dacă sunt izolate sau legate de o structură mai mare. Dacă nu iei în considerare mediul înconjurător, vei primi răspunsuri complet diferite. Am reușit să luăm cele mai mari -scale mediul în considerare în mod constant, pentru că avem o simulare completă, și de aceea predicția noastră este mai stabilă.”

Un alt motiv important pentru care cercetătorii au creat această simulare este testarea modelului standard al cosmologiei, care este folosit pentru a descrie fizica universului. Prevăzând masa finală și distribuția finală a structurilor într-o anumită locație, cercetătorii pot dezvălui inconsecvențe nedescoperite anterior în înțelegerea noastră actuală a universului.

Folosind simulările lor, cercetătorii au reușit să găsească dovezi că trei grupuri protogalactice există deja și o structură este perturbată. Mai mult, ei au putut identifica alte cinci structuri care se formează constant în simulările lor. Aceasta include proto-superclusterul Hyperion, cel mai mare și mai vechi proto-supercluster cunoscut astăzi, care are o masă de 5.000 de ori mai mare decât masa cluster-ului nostru.[{” attribute=””>Milky Way galaxy, which the researchers found out it will collapse into a large 300 million light year filament.

Their work is already being applied to other projects including those to study the cosmological environment of galaxies, and absorption lines of distant quasars to name a few.

Details of their study were published in Nature Astronomy on June 2.

Reference: “Predicted future fate of COSMOS galaxy protoclusters over 11 Gyr with constrained simulations” by Metin Ata, Khee-Gan Lee, Claudio Dalla Vecchia, Francisco-Shu Kitaura, Olga Cucciati, Brian C. Lemaux, Daichi Kashino and Thomas Müller, 2 June 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-022-01693-0