Tidsmaskinesimuleringer oprettet for at studere livscyklussen for forfædre galaksehobe

For første gang har forskere skabt simuleringer, der direkte genskaber den fulde livscyklus for nogle af de største samlinger af galakser observeret i det fjerne univers for 11 milliarder år siden, rapporterer en ny undersøgelse i Nature Astronomy .

Kosmologiske simuleringer er afgørende for at bestemme, hvordan universet blev den form, det er i dag, men mange svarer typisk ikke til, hvad astronomer observerer gennem teleskoper. De fleste er designet til kun at matche det virkelige univers i statistisk forstand. Begrænsede kosmologiske simuleringer er på den anden side designet til direkte at reproducere de strukturer, vi faktisk observerer. Imidlertid er de fleste eksisterende simuleringer af denne art blevet anvendt på vores lokalunivers, hvilket betyder tæt på Jorden, men aldrig til observationer af det fjerne univers.

Et team af forskere, ledet af Kavli Institute for Physics and Mathematics of the Universe Project Researcher og førsteforfatter Metin Ata og projektassistent Khee-Gan Lee, var interesserede i fjerne strukturer som massive galakseprotocluster, som er forfædre til nutiden galaksehobe, før de kunne klumpe sig sammen under deres egen tyngdekraft. De fandt ud af, at nuværende undersøgelser af fjerne protoklynger nogle gange var oversimplificerede, hvilket betyder, at de blev udført med simple modeller og ikke simuleringer.

"Vi ville prøve at udvikle en fuld simulering af det virkelige fjerne univers for at se, hvordan strukturer startede, og hvordan de sluttede," sagde Ata.

Deres resultat var COSTCO (Constrained Simulations of The COsmos Field).

Lee sagde at udviklingen af ​​simuleringen var meget som at bygge en tidsmaskine. Fordi lys fra det fjerne univers først når Jorden nu, er de galakser, som teleskoper observerer i dag, et øjebliksbillede af fortiden.

"Det er som at finde et gammelt sort-hvidt billede af din bedstefar og lave en video af hans liv," sagde han.

I denne forstand tog forskerne snapshots af "unge" bedsteforældregalakser i universet og spole derefter deres alder frem for at studere, hvordan galaksehobe ville dannes.

Lyset fra galakser, som forskerne brugte, rejste en afstand på 11 milliarder lysår for at nå os.

Det, der var mest udfordrende, var at tage højde for det store miljø.

"Det er noget, der har stor betydning for de strukturers skæbne, uanset om de er isolerede eller forbundet med en større struktur. Hvis man ikke tager hensyn til miljøet, så får man helt andre svar. Vi kunne tage de store skaler miljøet konsekvent i betragtning, fordi vi har en fuld simulering, og det er derfor, vores forudsigelse er mere stabil," sagde Ata.

En anden vigtig grund til, at forskerne lavede disse simuleringer, var at teste standardmodellen for kosmologi, som bruges til at beskrive universets fysik. Ved at forudsige den endelige masse og endelige fordeling af strukturer i et givet rum kunne forskere afsløre hidtil uopdagede uoverensstemmelser i vores nuværende forståelse af universet.

Ved hjælp af deres simuleringer var forskerne i stand til at finde beviser for tre allerede offentliggjorte galakse-protoclusters og disfavorisere en struktur. Oven i det var de i stand til at identificere yderligere fem strukturer, der konsekvent blev dannet i deres simuleringer. Dette inkluderer Hyperion proto-superhob, den største og tidligste proto-superhob, der er kendt i dag, og som er 5.000 gange massen af ​​vores Mælkevejs galakse, som forskerne fandt ud af, at den vil kollapse til en stor 300 millioner lysårs glødetråd.

Deres arbejde anvendes allerede til andre projekter, herunder dem, der studerer galaksernes kosmologiske miljø og absorptionslinjer for fjerne kvasarer for at nævne nogle få.

Detaljer om deres undersøgelse blev offentliggjort i Nature Astronomy den 2. juni. + Udforsk yderligere

Forskere afslører den mest nøjagtige virtuelle repræsentation af universet