Mnohé procesy v astrofyzike trvajú veľmi dlho, čo sťažuje štúdium ich vývoja. Napríklad hviezda ako naše slnko má asi 10 miliárd rokov a galaxie sa vyvíjajú miliardy rokov.

Jedným zo spôsobov, ako k tomu astrofyzici pristupujú, je pohľad na rôzne objekty, aby ich porovnali v rôznych štádiách vývoja. Môžu sa tiež pozerať na vzdialené objekty, aby sa efektívne pozreli späť, vzhľadom na to, ako dlho trvá, kým svetlo dosiahne naše teleskopy. Ak sa napríklad pozrieme 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 výskumníci po prvýkrát vytvorili simulácie, ktoré obnovujú celý životný cyklus niektorých z najväčších skupín galaxií pozorovaných vo vzdialenom vesmíre pred 11 miliardami rokov. prírodná astronómia.

Kozmické simulácie sú nevyhnutné na štúdium toho, ako sa vesmír stal takým, akým je dnes, ale mnohé z nich sa zvyčajne nezhodujú s tým, čo astronómovia pozorujú prostredníctvom ďalekohľadov. Väčšina z nich je navrhnutá tak, aby zodpovedala skutočnému vesmíru iba v štatistickom zmysle. Na druhej strane, obmedzené kozmické simulácie sú navrhnuté tak, aby reprodukovali štruktúry, ktoré skutočne pozorujeme vo vesmíre. Väčšina súčasných simulácií tohto typu však bola aplikovaná na náš lokálny vesmír, teda blízko Zeme, nie však na pozorovania vzdialeného vesmíru.

Tím výskumníkov vedený výskumníkom z Kavli Institute of Physics and Mathematics of Project Universe a prvým autorom Metin Ata a docentom projektu Khe-Jan Lee sa zaujímal o vzdialené štruktúry, ako sú masívne kopy galaxií, ktoré sú dnešnými predkami. Zhluky galaxií predtým, ako sa zhromaždia pod vplyvom gravitácie. Zistili, že súčasné štúdie vzdialených protoklastrov boli niekedy príliš zjednodušené, čo znamená, že boli vykonávané skôr pomocou jednoduchých modelov ako simulácií.

Snímky obrazovky zo simulácie ukazujú (hore) distribúciu hmoty zodpovedajúcu distribúcii galaxií pozorovanú v čase cestovania svetla 11 miliárd rokov (keď mal vesmír iba 2,76 miliárd rokov alebo 20 % svojho súčasného veku) a (dole ) rozloženie hmoty v tej istej oblasti po 11 miliardách rokov, približne miliarde svetelných rokov. Poďakovanie: Ata a kol.

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

Ich výsledkom bol COSTCO (COsmos Constrained Field Simulation).

Povedal mi, že vývoj simulácie je veľmi podobný budovaniu stroja času. Keďže svetlo zo vzdialeného vesmíru dopadá na Zem len teraz, galaktické teleskopy, ktoré dnes vidíte, 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“ galaxií predkov vo vesmíre a potom rýchlo zvýšili ich vek, aby študovali, ako sa formovali zhluky galaxií.

Svetlo z galaxií, ktoré výskumníci použili, prešlo 11 miliárd svetelných rokov ďaleko, aby sa k nám dostalo.

Najväčšou výzvou bolo brať do úvahy rozsiahle prostredie.

„Toto je veľmi dôležitá vec pre osud týchto stavieb, či už sú izolované alebo súvisiace s väčšou stavbou. Ak neberiete do úvahy prostredie, dostanete úplne iné odpovede. Dokázali sme vziať veľké neustále zohľadňujeme prostredie, pretože máme úplnú simuláciu, a preto je naša predpoveď stabilnejšia.“

Ďalším dôležitým dôvodom, prečo výskumníci vytvorili túto simuláciu, je testovanie štandardného modelu kozmológie, ktorý sa používa na opis fyziky vesmíru. Predpovedaním konečnej hmotnosti a konečného rozloženia štruktúr v danom priestore môžu výskumníci odhaliť doteraz neobjavené nezrovnalosti v našom súčasnom chápaní vesmíru.

Pomocou svojich simulácií boli vedci schopní nájsť dôkaz, že tri protogalaktické skupiny už existujú a jedna štruktúra je narušená. Okrem toho boli schopní identifikovať päť ďalších štruktúr, ktoré sa neustále formujú v ich simuláciách. Patrí sem proto-superkopa Hyperion, najväčšia a najstaršia dnes známa proto-superkopa, ktorá má hmotnosť 5000-násobok hmotnosti našej hviezdokopy.[{“ 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