Mnoho procesů v astrofyzice trvá velmi dlouho, což ztěžuje studium jejich vývoje. Například hvězda jako naše slunce je stará asi 10 miliard let a galaxie se vyvíjejí miliardy let.
Jedním ze způsobů, jak k tomu astrofyzikové přistupují, je sledování různých různých objektů, aby je porovnávali v různých fázích vývoje. Mohou se také dívat na vzdálené objekty, aby se efektivně ohlédli, vzhledem k délce doby, kterou světlo potřebuje k dosažení našich teleskopů. Pokud se například podíváme na objekt vzdálený 10 miliard světelných let, vidíme jej takový, jaký byl před 10 miliardami let.
Podle nové studie zveřejněné v časopise 2. června 2022 nyní výzkumníci poprvé vytvořili simulace, které znovu vytvářejí celý životní cyklus některých z největších skupin galaxií pozorovaných ve vzdáleném vesmíru před 11 miliardami let. přírodní astronomie.
Kosmické simulace jsou nezbytné pro studium toho, jak se vesmír stal takovým, jakým je dnes, ale mnohé z nich se obvykle neshodují s tím, co astronomové pozorují pomocí dalekohledů. Většina z nich je navržena tak, aby odpovídala skutečnému vesmíru pouze ve statistickém smyslu. Na druhou stranu jsou omezené kosmické simulace navrženy tak, aby reprodukovaly struktury, které ve vesmíru skutečně pozorujeme. Většina současných simulací tohoto typu však byla aplikována na náš lokální vesmír, tedy blízko Země, nikoli však na pozorování vzdáleného vesmíru.
Tým výzkumníků vedený výzkumníkem Kavli Institute of Physics and Mathematics of Project Universe a prvním autorem Metin Ata a docentem projektu Khe-Jan Lee se zajímal o vzdálené struktury, jako jsou masivní kupy galaxií, které jsou dnešními předky. Kupy galaxií předtím, než se shromáždí pod vlivem gravitace. Zjistili, že současné studie vzdálených protoklastrů byly někdy příliš zjednodušené, což znamená, že byly prováděny spíše pomocí jednoduchých modelů než simulací.
Screenshoty ze simulace ukazují (nahoře) rozložení hmoty odpovídající rozložení galaxií pozorované v době cesty světla 11 miliard let (kdy byl vesmír pouze 2,76 miliardy let starý nebo 20 % jeho současného stáří), a (dole ) rozložení hmoty ve stejné oblasti po 11 miliardách let, přibližně miliardě světelných let. Kredit: Ata et al.
„Chtěli jsme se pokusit vyvinout kompletní simulaci vzdáleného reálného vesmíru, abychom viděli, jak struktury začaly a jak skončily,“ řekl Atta.
Jejich výsledkem byl COSTCO (COsmos Constrained Field Simulation).
Řekl mi, že vývoj simulace je hodně podobný stavbě stroje času. Vzhledem k tomu, že světlo ze vzdáleného vesmíru dopadá na Zemi teprve nyní, galaktické dalekohledy, které dnes vidíte, jsou záběrem minulosti.
„Je to jako najít starou černobílou fotku svého dědečka a natočit video z jeho života,“ řekl.
V tomto smyslu výzkumníci pořídili snímky „mladých“ galaxií předků ve vesmíru a poté rychle zvýšili jejich věk, aby mohli studovat, jak se formovaly kupy galaxií.
Světlo z galaxií, které výzkumníci použili, se k nám dostalo 11 miliard světelných let daleko.
Největší výzvou bylo vzít v úvahu rozsáhlé prostředí.
„To je velmi důležitá věc pro osud těch staveb, ať už jsou izolované nebo související s větší stavbou. Pokud neberete v úvahu prostředí, dostanete úplně jiné odpovědi. Byli jsme schopni vzít velké -škálování prostředí neustále zohledňujeme, protože máme plnou simulaci, a proto je naše předpověď stabilnější.“
Dalším důležitým důvodem, proč výzkumníci vytvořili tuto simulaci, je testování Standardního modelu kosmologie, který se používá k popisu fyziky vesmíru. Předpovídáním konečné hmotnosti a konečného rozložení struktur na konkrétním místě mohou výzkumníci odhalit dříve neobjevené nesrovnalosti v našem současném chápání vesmíru.
Pomocí svých simulací byli vědci schopni najít důkaz, že tři protogalaktické skupiny již existují a jedna struktura je narušena. Dále byli schopni identifikovat pět dalších struktur, které se v jejich simulacích neustále formují. Patří sem proto-superkupa Hyperion, největší a nejstarší dnes známá proto-superkupa, která má hmotnost 5000krát větší než hmotnost naší kupy.[{“ 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
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
