Daugelis astrofizikos procesų užtrunka labai ilgai, todėl sunku tirti jų evoliuciją. Pavyzdžiui, tokiai žvaigždei kaip mūsų saulė yra maždaug 10 milijardų metų, o galaktikos vystosi per milijardus metų.

Vienas iš būdų, kaip astrofizikai tai daro, yra žiūrėti į skirtingus objektus, kad galėtų juos palyginti skirtinguose vystymosi etapuose. Jie taip pat gali žiūrėti į tolimus objektus, kad galėtų efektyviai žiūrėti atgal, nes šviesa pasiekia mūsų teleskopus. Pavyzdžiui, pažvelgę ​​į objektą, esantį už 10 milijardų šviesmečių, pamatysime jį tokį, koks jis buvo prieš 10 milijardų metų.

Dabar pirmą kartą mokslininkai sukūrė modeliavimą, kuris atkuria visą kai kurių didžiausių galaktikų grupių, stebėtų tolimoje visatoje prieš 11 milijardų metų, gyvavimo ciklą, rodo naujas tyrimas, paskelbtas 2022 m. birželio 2 d. gamtos astronomija.

Kosminiai modeliai yra būtini norint ištirti, kaip visata tapo tokia, kokia ji yra šiandien, tačiau daugelis jų paprastai neatitinka to, ką astronomai stebi per teleskopus. Dauguma jų sukurti taip, kad atitiktų tikrąją visatą tik statistine prasme. Kita vertus, suvaržytas kosminis modeliavimas yra skirtas atkurti struktūras, kurias mes iš tikrųjų stebime visatoje. Tačiau dauguma dabartinių tokio tipo modeliavimų buvo pritaikyti mūsų vietinei visatai, ty šalia Žemės, bet ne tolimos visatos stebėjimams.

Tyrėjų komanda, vadovaujama Kavli fizikos ir matematikos instituto projekto Visatos tyrinėtojo ir pirmojo autoriaus Metino Ata bei projekto docento Khe-Jan Lee, domėjosi tolimomis struktūromis, tokiomis kaip masyvios galaktikų spiečiais, kurios yra šių dienų protėviai. Galaktikos klasteriai susiburia prieš susiburiant veikiami gravitacijos. Jie nustatė, kad dabartiniai tolimų protokolų klasterių tyrimai kartais buvo pernelyg supaprastinti, o tai reiškia, kad jie buvo atlikti naudojant paprastus modelius, o ne modeliavimą.

Modeliavimo ekrano kopijos rodo (viršuje) medžiagos pasiskirstymą, atitinkantį galaktikų pasiskirstymą, stebimą per 11 milijardų metų šviesos sklidimo laiką (kai Visatai tebuvo 2,76 milijardo metų arba 20 % jos dabartinio amžiaus) ir (apačioje) ) medžiagos pasiskirstymas tame pačiame regione po 11 milijardų metų.Maždaug milijardo šviesmečių. Kreditas: Ata ir kt.

„Norėjome pabandyti sukurti pilną tolimos tikrosios visatos modeliavimą, kad pamatytume, kaip prasidėjo struktūros ir kaip jos baigėsi“, – sakė Atta.

Jų rezultatas buvo COSTCO (COsmos Constrained Field Simulation).

Jis man pasakė, kad modeliavimo kūrimas yra panašus į laiko mašinos kūrimą. Kadangi šviesa iš tolimosios visatos Žemę pasiekia tik dabar, galaktikos teleskopai, kuriuos matote šiandien, yra praeities momentas.

„Tai tarsi rasti seną nespalvotą savo senelio nuotrauką ir nufilmuoti jo gyvenimą“, – sakė jis.

Šia prasme mokslininkai padarė „jaunų“ protėvių galaktikų visatoje momentines nuotraukas ir greitai padidino jų amžių, kad ištirtų, kaip formuojasi galaktikų spiečiai.

Šviesa iš galaktikų, kurias naudojo mokslininkai, nukeliavo 11 milijardų šviesmečių, kad pasiektų mus.

Didžiausias iššūkis buvo atsižvelgti į didelio masto aplinką.

„Tai labai svarbus dalykas tų struktūrų likimui, ar jos yra izoliuotos, ar susijusios su didesne struktūra. Jei neatsižvelgsite į aplinką, gausite visiškai kitokius atsakymus. Mes sugebėjome paimti didelius nuolatos atsižvelgiama į aplinką, nes turime visą modeliavimą, todėl mūsų prognozės yra stabilesnės.

Kita svarbi priežastis, kodėl mokslininkai sukūrė šį modeliavimą, yra išbandyti Standartinį kosmologijos modelį, kuris naudojamas visatos fizikai apibūdinti. Numatydami galutinę masę ir galutinį struktūrų pasiskirstymą tam tikroje erdvėje, mokslininkai gali atskleisti anksčiau neatrastus mūsų dabartinio visatos supratimo neatitikimus.

Naudodamiesi savo modeliavimu, mokslininkai sugebėjo rasti įrodymų, kad trys protogalaktinės grupės jau egzistuoja, o viena struktūra yra sutrikdyta. Be to, jie sugebėjo nustatyti penkias kitas struktūras, kurios nuolat formuojasi jų modeliavime. Tai apima „Hyperion“ proto-superklasterį, didžiausią ir seniausią šiandien žinomą proto-superklasterį, kurio masė 5000 kartų didesnė už mūsų klasterio masę.[{” 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