Астрофизики создали симуляцию «машины времени» для наблюдения за жизненным циклом предков галактических городов.

Многие процессы в астрофизике длятся очень долго, что затрудняет изучение их эволюции. Например, такой звезде, как наше Солнце, около 10 миллиардов лет, а галактики развиваются миллиарды лет.

Один из подходов астрофизиков к этому — смотреть на разные объекты и сравнивать их на разных стадиях развития. Они также могут смотреть на удаленные объекты, чтобы эффективно оглянуться назад, из-за того, что свету требуется много времени, чтобы достичь наших телескопов. Например, если мы посмотрим на объект на расстоянии 10 миллиардов световых лет, мы увидим его таким, каким он был 10 миллиардов лет назад.

Согласно новому исследованию, опубликованному 2 июня 2022 года в журнале, исследователи впервые создали симуляции, воссоздающие полный жизненный цикл некоторых из крупнейших групп галактик, наблюдавшихся в далекой Вселенной 11 миллиардов лет назад. естественная астрономия.

Космические симуляции необходимы для изучения того, как Вселенная стала такой, какая она есть сегодня, но многие из них обычно не соответствуют тому, что астрономы наблюдают в телескопы. Большинство из них предназначены для соответствия реальной вселенной только в статистическом смысле. С другой стороны, ограниченное космическое моделирование предназначено для воспроизведения структур, которые мы действительно наблюдаем во Вселенной. Однако большинство современных симуляций этого типа применялись к нашей локальной вселенной, то есть она близка к Земле, но никогда не применялись к наблюдениям за далекой вселенной.

Группа исследователей во главе с исследователем и первым автором проекта «Вселенная» из Института физики и математики Кавли Метин Ата и доцентом проекта Хе-Джаном Ли интересовалась отдаленными структурами, такими как массивные скопления галактик, которые являются предками сегодняшнего дня. Скопления галактик до того, как они сливаются под действием своей гравитации. Они обнаружили, что текущие исследования далеких первичных скоплений иногда были чрезмерно упрощены, то есть они проводились с использованием простых моделей, а не симуляций.

Скриншоты из симуляции показывают (вверху) распределение материи, соответствующее распределению галактик, наблюдаемому при времени прохождения света 11 миллиардов лет (когда Вселенной было всего 2,76 миллиарда лет или 20% от ее нынешнего возраста), и (внизу ) распределение материи в той же области через 11 миллиардов лет, миллиард световых лет или около того. Кредит: Ата и др.

«Мы хотели попытаться разработать полную симуляцию далекой реальной вселенной, чтобы увидеть, как начинаются структуры и чем они заканчиваются», — сказал Атта.

Их результатом стал COSTCO (моделирование ограниченного поля COsmos).

Он сказал мне, что разработка симуляции очень похожа на создание машины времени. Поскольку свет из далекой Вселенной достигает Земли только сейчас, галактические телескопы, которые вы видите сегодня, — это снимок прошлого.

«Это все равно, что найти старую черно-белую фотографию своего дедушки и снять видео о его жизни», — сказал он.

В этом смысле исследователи сделали снимки «молодых» галактик-предков во Вселенной, а затем быстро увеличили их возраст, чтобы изучить, как формировались скопления галактик.

Свет от галактик, которые использовали исследователи, прошел 11 миллиардов световых лет, чтобы достичь нас.

Самая большая проблема заключалась в том, чтобы принять во внимание крупномасштабную среду.

«Это очень важный момент для судьбы тех структур, независимо от того, изолированы они или связаны с более крупной структурой. Если вы не принимаете во внимание окружающую среду, вы получите совершенно другие ответы. Мы смогли взять большую Мы постоянно учитываем среду в масштабе, потому что у нас есть полная симуляция, и поэтому наш прогноз более стабилен».

Еще одна важная причина, по которой исследователи создали эту симуляцию, — это проверка Стандартной космологической модели, которая используется для описания физики Вселенной. Предсказывая конечную массу и окончательное распределение структур в определенном месте, исследователи могут раскрыть ранее не обнаруженные несоответствия в нашем нынешнем понимании Вселенной.

Используя свои симуляции, исследователи смогли найти доказательства того, что три протогалактические группы уже существуют, а одна структура нарушена. Кроме того, они смогли идентифицировать пять других структур, которые постоянно формируются в их симуляциях. Сюда входит прото-сверхскопление Гиперион, крупнейшее и старейшее известное сегодня прото-сверхскопление, масса которого в 5000 раз больше нашей.[{» 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