Gli astrofisici hanno creato una simulazione di “macchina del tempo” per osservare il ciclo di vita degli antenati delle città galattiche

Molti processi in astrofisica richiedono molto tempo, il che rende difficile studiarne l’evoluzione. Ad esempio, una stella come il nostro sole ha circa 10 miliardi di anni e le galassie si evolvono in miliardi di anni.

Un modo in cui gli astrofisici si avvicinano a questo è guardare diversi oggetti diversi per confrontarli in diversi stadi di sviluppo. Possono anche guardare oggetti distanti per guardare indietro in modo efficace, a causa del tempo impiegato dalla luce per raggiungere i nostri telescopi. Ad esempio, se osserviamo un oggetto a 10 miliardi di anni luce di distanza, lo vediamo com’era 10 miliardi di anni fa.

Ora, per la prima volta, i ricercatori hanno creato simulazioni che ricreano l’intero ciclo di vita di alcuni dei più grandi gruppi di galassie osservati nel lontano universo 11 miliardi di anni fa, secondo un nuovo studio pubblicato il 2 giugno 2022 sulla rivista. astronomia naturale.

Le simulazioni cosmiche sono essenziali per studiare come l’universo è diventato com’è oggi, ma molte di esse di solito non corrispondono a ciò che gli astronomi osservano attraverso i telescopi. La maggior parte sono progettati per corrispondere all’universo reale solo in senso statistico. D’altra parte, le simulazioni cosmiche vincolate sono progettate per riprodurre le strutture che osserviamo effettivamente nell’universo. Tuttavia, la maggior parte delle simulazioni attuali di questo tipo sono state applicate al nostro universo locale, cioè vicino alla Terra, ma non alle osservazioni dell’universo lontano.

Un team di ricercatori, guidato dal ricercatore del Kavli Institute of Physics and Mathematics del Project Universe e primo autore Metin Ata e dal professore associato del progetto Khe-Jan Lee, era interessato a strutture lontane come enormi ammassi di galassie, che sono gli antenati di oggi. Gli ammassi di galassie prima che si raccolgano sotto l’influenza della gravità. Hanno scoperto che gli studi attuali sui protocluster distanti a volte sono stati eccessivamente semplificati, il che significa che sono stati condotti utilizzando modelli semplici anziché simulazioni.

Gli screenshot della simulazione mostrano (in alto) la distribuzione della materia corrispondente alla distribuzione delle galassie osservata in un tempo di viaggio della luce di 11 miliardi di anni (quando l’universo aveva solo 2,76 miliardi di anni o il 20% della sua età attuale) e (in basso ) la distribuzione della materia nella stessa regione dopo 11 miliardi di anni, circa un miliardo di anni luce. Credito: Ata et al.

“Volevamo provare a sviluppare una simulazione completa del lontano universo reale per vedere come sono iniziate le strutture e come sono finite”, ha detto Atta.

Il loro risultato è stato COSTCO (COsmos Constrained Field Simulation).

Mi ha detto che sviluppare una simulazione è molto simile a costruire una macchina del tempo. Poiché la luce del lontano universo sta raggiungendo la Terra solo ora, i telescopi galattici che vedi oggi sono un’istantanea del passato.

“È come trovare una vecchia foto in bianco e nero di tuo nonno e fare un video della sua vita”, ha detto.

In questo senso, i ricercatori hanno scattato istantanee di “giovani” galassie ancestrali nell’universo e poi hanno rapidamente avanzato la loro età per studiare come si sono formati gli ammassi di galassie.

La luce delle galassie utilizzate dai ricercatori ha viaggiato a 11 miliardi di anni luce di distanza per raggiungerci.

La sfida più grande era prendere in considerazione l’ambiente su larga scala.

“Questa è una cosa molto importante per il destino di quelle strutture, siano esse isolate o legate a una struttura più grande. Se non si tiene conto dell’ambiente, si ottengono risposte completamente diverse. Siamo stati in grado di prendere il grande -scalare l’ambiente costantemente in considerazione, perché abbiamo una simulazione completa, ed è per questo che la nostra previsione è più stabile.”

Un altro motivo importante per cui i ricercatori hanno creato questa simulazione è testare il modello standard della cosmologia, che viene utilizzato per descrivere la fisica dell’universo. Prevedendo la massa finale e la distribuzione finale delle strutture in un dato spazio, i ricercatori possono rivelare incongruenze precedentemente sconosciute nella nostra attuale comprensione dell’universo.

Usando le loro simulazioni, i ricercatori sono stati in grado di trovare prove che esistono già tre gruppi protogalattici e una struttura è disturbata. Inoltre, sono stati in grado di identificare altre cinque strutture che si formano costantemente nelle loro simulazioni. Ciò include il protosuperammasso Hyperion, il più grande e più antico protosuperammasso conosciuto oggi che ha una massa 5.000 volte la massa del nostro ammasso.[{” 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