Astrofyzici vytvárajú simuláciu „stroja času“ na pozorovanie životného cyklu miest predkov Galaxie

Mnohé procesy v astrofyzike trvajú veľmi dlho, čo sťažuje štúdium ich vývoja. Napríklad hviezdy ako naše Slnko majú životnosť asi 10 miliárd rokov a galaxie sa vyvíjajú miliardy rokov.

Jedným zo spôsobov, ako to astrofyzici riešia, je porovnávať rôzne objekty v rôznych štádiách vývoja. Môžu tiež vidieť vzdialené objekty efektívne pri pohľade späť v čase, pretože svetlo trvá, kým sa dostane k našim ďalekohľadom. Ak sa napríklad pozeráme na objekt vzdialený 10 miliárd svetelných rokov, vidíme ho taký, aký bol pred 10 miliardami rokov.

Podľa novej štúdie zverejnenej 2. júna 2022 v časopise Report teraz výskumníci po prvýkrát vytvorili simulácie, ktoré obnovujú celý životný cyklus niektorých z najväčších zbierok galaxií, aké boli kedy pozorované vo vzdialenom vesmíre pred 11 miliardami rokov. . prírodná astronómia,

Kozmologické simulácie sú dôležité pre štúdium toho, ako sa vesmír zmenil na dnešnú veľkosť, ale mnohé nezodpovedajú tomu, čo astronómovia zvyčajne vidia cez teleskopy. Väčšina z nich je navrhnutá tak, aby zodpovedala skutočnému vesmíru iba v štatistickom zmysle. Na druhej strane obmedzené kozmologické simulácie sú navrhnuté tak, aby priamo reprodukovali štruktúry, ktoré skutočne vidíme vo vesmíre. Väčšina súčasných simulácií tohto druhu však bola aplikovaná na náš lokálny vesmír, teda blízko Zeme, ale nikdy nie na pozorovania vzdialeného vesmíru.

Tím výskumníkov vedený výskumným pracovníkom projektu Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe a prvým autorom Matinom Etom a asistentom projektu Khi-Gan Lee sa zaujímali o vzdialené štruktúry, ako sú obrie protoklastre galaxií, ktoré sú predchodcami súčasnosť. kopy galaxií skôr, ako sa môžu zraziť pod vlastnou gravitáciou. Zistili, že súčasné štúdie vzdialených protoklastrov boli niekedy zjednodušené, čo znamená, že sa robili pomocou jednoduchých modelov a nie simulácií.

Snímky obrazovky zo simulácie (hore) ukazujú rozloženie hmoty v súlade s pozorovanou distribúciou galaxií počas doby cestovania svetla 11 miliárd rokov (keď mal vesmír iba 2,76 miliardy rokov alebo 20 % svojho súčasného veku) a (dole) 11 miliárd Rozloženie hmoty v rovnakej oblasti zodpovedajúce svetelnému roku alebo našej súčasnosti. Kredity: Eta et al.

„Chceli sme sa pokúsiť vyvinúť úplnú simuláciu skutočného vzdialeného vesmíru, aby sme videli, ako štruktúry začali a skončili,“ povedala Ata.

Ich výsledkom bol COSTCO (Restricted Simulations of the Cosmos Field).

Lee povedal, že vývoj simulácie bol ako budovanie stroja času. Pretože svetlo zo vzdialeného vesmíru sa práve teraz dostáva na Zem, teleskopy dnešných galaxií sú snímkou ​​minulosti.

„Je to ako nájsť starú čiernobielu fotku svojho starého otca a urobiť video z jeho života,“ povedal.

V tomto zmysle výskumníci urobili snímky „mladých“ starých galaxií vo vesmíre a potom rýchlo posunuli ich vek, aby študovali, ako sa budú formovať zhluky galaxií.

Vedci použili svetlo z galaxií, aby prekonali vzdialenosť 11 miliárd svetelných rokov, aby sa k nám dostali.

Najnáročnejšie bolo brať do úvahy životné prostredie ako celok.

„Je to niečo, čo je veľmi dôležité pre osud týchto štruktúr, či už sú samostatné alebo pripojené k väčším štruktúram. Ak neberiete do úvahy prostredie, dostanete úplne iné odpovede. Životné prostredie sme dokázali brať do úvahy priebežne v mierke, pretože máme úplnú simuláciu, a preto je naša predpoveď stabilnejšia,“ povedal Ata.

Ďalším dôležitým dôvodom, prečo výskumníci vytvorili tieto simulácie, bolo testovanie štandardného modelu kozmológie, ktorý sa používa na opis fyziky vesmíru. Predpovedaním konečnej hmotnosti a konečného rozloženia štruktúr v danom priestore môžu výskumníci odhaliť predtým nezistené anomálie v našom súčasnom chápaní vesmíru.

Pomocou svojich simulácií boli vedci schopní nájsť dôkazy o troch predtým publikovaných protoklastroch galaxií a vyvrátiť štruktúru. Okrem toho boli schopní identifikovať päť ďalších štruktúr, ktoré sa priebežne vytvárali v ich simuláciách. To zahŕňa Proto-superkopu Hyperion, najväčšiu a najstaršiu dnes známu proto-superkopu, ktorá je 5000-krát väčšia ako naša hmotnosť.[{“ 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