Gli astronomi creano simulazioni di “macchine del tempo” per monitorare il ciclo di vita delle città galattiche ancestrali

Molti processi in astrofisica richiedono molto tempo, rendendo difficile lo studio della loro evoluzione. Ad esempio, la durata della vita di una stella come il nostro Sole è di circa 10 miliardi di anni e le galassie si formano in miliardi di anni.

Un modo in cui gli astronomi affrontano questo problema è confrontare oggetti diversi in diversi stadi dell’evoluzione. A causa della lunghezza del tempo che la luce viaggia per raggiungere i nostri telescopi, possono vedere oggetti distanti. 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 direttamente l’intero ciclo di vita di alcune delle più grandi galassie trovate nel lontano universo 11 miliardi di anni fa, secondo un nuovo studio pubblicato sulla rivista il 2 giugno 2022. Astronomia naturale.

Le simulazioni cosmologiche sono importanti oggi per studiare come ha preso forma l’universo, ma molti astronomi generalmente non si adattano a ciò che osservano con i telescopi. La maggior parte sono progettati per adattarsi all’universo reale solo in senso statistico. Le simulazioni cosmologiche controllate, d’altra parte, sono progettate per ricreare direttamente le strutture che osserviamo effettivamente nell’universo. Tuttavia, la maggior parte delle simulazioni di questo tipo sono state applicate al nostro universo locale, cioè vicino alla Terra, ma mai usate per osservazioni di universi lontani.

Un team di ricercatori guidato da Medin Atta, ricercatore del progetto e primo autore presso il Cowley Institute for Physics and Mathematics of the Universe, e il professore assistente del progetto Kee-Kan Lee, erano interessati a strutture lontane come i massicci protocluster di galassie che sono gli antenati di oggi. Prima che le galassie si accumulino sotto la loro stessa attrazione gravitazionale. Hanno scoperto che gli studi attuali sui protocluster distanti a volte erano esagerati, cioè non erano fatti con modelli e simulazioni semplici.

Screenshot della simulazione (in alto) Distribuzione di un oggetto simile all’osservazione della galassia osservata durante il viaggio della luce di 11 miliardi di anni (quando l’universo aveva 2,76 miliardi di anni o il 20% della sua età attuale) e (sotto) 11 miliardi di anni luce dopo o semplicemente la distribuzione della materia nella stessa regione. Credito: Atta et al.

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

Il loro risultato è COSTCO (Restricted Simulation of the Cosmos Field).

Creare la simulazione è come costruire una macchina del tempo, ha detto Lee. Mentre la luce del lontano universo raggiunge ora la Terra, i telescopi delle galassie 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 delle galassie dei “giovani” nonni nell’universo e poi hanno inviato velocemente la loro età a studiare come si sono formati gli ammassi di galassie.

La luce della galassia utilizzata dai ricercatori ha viaggiato per 11 miliardi di anni luce per raggiungerci.

È molto difficile prendere in considerazione l’ambiente su larga scala.

“Se quelle strutture sono isolate o associate a una struttura più grande è molto importante per il loro destino. Se non si tiene conto dell’ambiente, si ottengono risposte completamente diverse”, ha affermato Atta.

Un altro motivo importante per cui i ricercatori hanno creato queste simulazioni è testare il modello statico cosmologico 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 contraddizioni precedentemente sconosciute nella nostra attuale comprensione dell’universo.

Usando le loro simulazioni, i ricercatori sono stati in grado di trovare prove di tre protocluster di galassie già pubblicati e confutare una struttura. Inoltre, sono stati in grado di identificare altre cinque strutture in continua evoluzione nelle loro simulazioni. Ciò include l’Hyperion Proto-Supercluster, il più grande e il primo Proto-Supercluster conosciuto oggi, a 5000 volte il nostro peso.[{” 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