Οι αστροφυσικοί δημιουργούν προσομοιώσεις «μηχανής του χρόνου» για να παρατηρήσουν τον κύκλο ζωής των πόλεων στους αρχαίους γαλαξίες

Οι επιστήμονες δημιουργούν προσομοιώσεις «μηχανής του χρόνου» μελετώντας τον κύκλο ζωής των πόλεων στους προγονικούς γαλαξίες.

Πολλές διαδικασίες στην αστροφυσική χρειάζονται πολύ χρόνο, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη μελέτη της εξέλιξής τους. Για παράδειγμα, ένα αστέρι όπως ο ήλιος μας έχει διάρκεια ζωής περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια και οι γαλαξίες εξελίσσονται σε δισεκατομμύρια χρόνια.

Ένας τρόπος για να το αντιμετωπίσουν οι αστροφυσικοί είναι να κοιτάξουν διαφορετικά αντικείμενα για να τα συγκρίνουν σε διαφορετικά στάδια εξέλιξης. Μπορούν επίσης να κοιτάξουν μακρινά αντικείμενα για να κοιτάξουν αποτελεσματικά πίσω στο χρόνο, λόγω του χρόνου που χρειάζεται για να ταξιδέψει το φως για να φτάσει στα τηλεσκόπια μας. Για παράδειγμα, αν κοιτάξουμε ένα αντικείμενο 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, το βλέπουμε όπως ήταν πριν από 10 δισεκατομμύρια χρόνια.

Τώρα, για πρώτη φορά, οι ερευνητές δημιούργησαν προσομοιώσεις που αναδημιουργούν άμεσα τον πλήρη κύκλο ζωής ορισμένων από τις μεγαλύτερες συλλογές γαλαξιών που παρατηρήθηκαν στο μακρινό σύμπαν πριν από 11 δισεκατομμύρια χρόνια, αναφέρει μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε σήμερα. 2 Ιουνίου 2022 στην ανασκόπηση φυσική αστρονομία.

Οι κοσμολογικές προσομοιώσεις είναι ζωτικής σημασίας για τη μελέτη του πώς το σύμπαν πήρε τη μορφή που είναι σήμερα, αλλά πολλές δεν ταιριάζουν συνήθως με αυτό που παρατηρούν οι αστρονόμοι μέσω των τηλεσκοπίων. Τα περισσότερα έχουν σχεδιαστεί για να ταιριάζουν με το πραγματικό σύμπαν μόνο με στατιστική έννοια. Οι περιορισμένες κοσμολογικές προσομοιώσεις, από την άλλη πλευρά, έχουν σχεδιαστεί για να αναπαράγουν άμεσα τις δομές που παρατηρούμε πραγματικά στο σύμπαν. Ωστόσο, οι περισσότερες από τις υπάρχουσες προσομοιώσεις αυτού του τύπου έχουν εφαρμοστεί στο τοπικό μας σύμπαν, δηλαδή κοντά στη Γη, αλλά ποτέ για παρατηρήσεις του μακρινού σύμπαντος.

Μια ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον ερευνητή του έργου Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe και πρώτο συγγραφέα Metin Ata και τον βοηθό καθηγητή του έργου Khee-Gan Lee, εξέτασαν μακρινές δομές όπως τα τεράστια πρωτοσμήνη γαλαξιών. , που είναι οι πρόγονοι του τρέχον σμήνος γαλαξιών πριν προλάβουν να συγχωνευθούν κάτω από τη δική τους βαρύτητα. Διαπίστωσαν ότι οι τρέχουσες μελέτες απομακρυσμένων πρωτοσυστάδων ήταν μερικές φορές υπεραπλουστευμένες, που σημαίνει ότι έγιναν με απλά μοντέλα και όχι με προσομοιώσεις.

Στιγμιότυπα προσομοίωσης χρονομηχανής

Στιγμιότυπα οθόνης από την προσομοίωση δείχνουν (πάνω) την κατανομή της ύλης που αντιστοιχεί στην παρατηρούμενη κατανομή των γαλαξιών σε χρόνο ταξιδιού φωτός 11 δισεκατομμυρίων ετών (όταν το Σύμπαν ήταν μόλις 2,76 δισεκατομμύρια χρόνια ή το 20% της τρέχουσας ηλικίας του) και ( κάτω) η κατανομή της ύλης στην ίδια περιοχή μετά από 11 δισεκατομμύρια έτη φωτός ή που αντιστοιχεί στην τρέχουσα ώρα μας. Πίστωση: Ata et al.

«Θέλαμε να προσπαθήσουμε να αναπτύξουμε μια πλήρη προσομοίωση του πραγματικού μακρινού σύμπαντος για να δούμε πώς ξεκίνησαν και πώς τελείωσαν οι δομές», είπε ο Ata.

Το αποτέλεσμά τους ήταν COSTCO (Constrained Simulations of The Cosmos Field).

Ο Lee είπε ότι η ανάπτυξη της προσομοίωσης μοιάζει πολύ με την κατασκευή μιας μηχανής του χρόνου. Επειδή το φως από το μακρινό σύμπαν φτάνει στη Γη μόνο τώρα, οι γαλαξίες που παρατηρούν τα τηλεσκόπια σήμερα αποτελούν στιγμιότυπο του παρελθόντος.

«Είναι σαν να βρίσκεις μια παλιά ασπρόμαυρη φωτογραφία του παππού σου και να δημιουργείς ένα βίντεο της ζωής του», είπε.

Με αυτή την έννοια, οι ερευνητές τράβηξαν στιγμιότυπα από «νεαρούς» παππούδες γαλαξίες στο σύμπαν και στη συνέχεια προχώρησαν γρήγορα στην ηλικία τους για να μελετήσουν πώς θα σχηματίζονταν τα σμήνη γαλαξιών.

Το φως από τους γαλαξίες που χρησιμοποιούσαν οι ερευνητές διένυσε απόσταση 11 δισεκατομμυρίων ετών φωτός για να φτάσει σε εμάς.

Το πιο δύσκολο κομμάτι ήταν να ληφθεί υπόψη το περιβάλλον μεγάλης κλίμακας.

«Είναι κάτι πολύ σημαντικό για την τύχη αυτών των δομών, είτε είναι απομονωμένες είτε συνδέονται με μια μεγαλύτερη δομή. Αν αγνοήσεις το περιβάλλον, παίρνεις εντελώς διαφορετικές απαντήσεις. Ήμασταν σε θέση να λάβουμε υπόψη το περιβάλλον μεγάλης κλίμακας με συνέπεια επειδή έχουμε μια πλήρη προσομοίωση και γι’ αυτό η πρόβλεψή μας είναι πιο σταθερή», είπε ο Ata.

Ένας άλλος σημαντικός λόγος που οι ερευνητές δημιούργησαν αυτές τις προσομοιώσεις ήταν για να δοκιμάσουν το Καθιερωμένο Μοντέλο Κοσμολογίας, το οποίο χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη φυσική του σύμπαντος. Προβλέποντας την τελική μάζα και την κατανομή των δομών σε ένα δεδομένο χώρο, οι ερευνητές θα μπορούσαν να αποκαλύψουν προηγουμένως μη ανιχνευμένες αποκλίσεις στην τρέχουσα κατανόησή μας για το σύμπαν.

Χρησιμοποιώντας τις προσομοιώσεις τους, οι ερευνητές μπόρεσαν να βρουν στοιχεία για τρία προηγουμένως δημοσιευμένα πρωτοσμήνη γαλαξιών και να αρνηθούν μια δομή. Εκτός από αυτό, μπόρεσαν να αναγνωρίσουν πέντε άλλες δομές που σχηματίζονταν τακτικά στις προσομοιώσεις τους. Αυτό περιλαμβάνει το πρωτο-υπερσμήνος Hyperion, το μεγαλύτερο και παλαιότερο πρωτο-υπερσμήνος που είναι γνωστό σήμερα, το οποίο είναι 5.000 φορές η μάζα μας[{” 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

READ  Μια «υγιής» γυναίκα δεν έτρωγε φρούτα ή λαχανικά, ζει με ψήγματα

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.