Astrofísicos han creado una simulación de ‘máquina del tiempo’ para observar el ciclo de vida de los ancestros de las ciudades galácticas

Muchos procesos en astrofísica tardan mucho tiempo, lo que dificulta el estudio de su evolución. Por ejemplo, una estrella como nuestro sol tiene unos 10 mil millones de años y las galaxias evolucionan a lo largo de miles de millones de años.

Una forma en que los astrofísicos abordan esto es observando diferentes objetos para compararlos en diferentes etapas de desarrollo. También pueden mirar objetos distantes para mirar hacia atrás de manera efectiva, debido al tiempo que tarda la luz en llegar a nuestros telescopios. Por ejemplo, si miramos un objeto a 10 mil millones de años luz de distancia, lo vemos como era hace 10 mil millones de años.

Ahora, por primera vez, los investigadores han creado simulaciones que recrean el ciclo de vida completo de algunos de los grupos de galaxias más grandes observados en el universo distante hace 11 mil millones de años, según un nuevo estudio publicado el 2 de junio de 2022 en la revista. astronomía natural.

Las simulaciones cósmicas son esenciales para estudiar cómo el universo llegó a ser como es hoy, pero muchas de ellas no suelen coincidir con lo que los astrónomos observan a través de los telescopios. La mayoría están diseñados para coincidir con el universo real solo en un sentido estadístico. Por otro lado, las simulaciones cósmicas restringidas están diseñadas para reproducir las estructuras que realmente observamos en el universo. Sin embargo, la mayoría de las simulaciones actuales de este tipo se han aplicado a nuestro universo local, lo que significa que está cerca de la Tierra, pero nunca se han aplicado a las observaciones del universo distante.

Un equipo de investigadores, dirigido por el investigador y primer autor del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Proyecto Universo Metin Ata y el profesor asociado del proyecto Khe-Jan Lee, estaba interesado en estructuras distantes como los cúmulos de galaxias masivas, que son los antepasados ​​de la actualidad. Los cúmulos de galaxias antes de unirse bajo la influencia de su gravedad. Descubrieron que los estudios actuales de cúmulos primordiales distantes a veces se simplificaron demasiado, lo que significa que se realizaron utilizando modelos simples en lugar de simulaciones.

Capturas de pantalla de la simulación muestran (arriba) la distribución de materia correspondiente a la distribución de galaxias observadas en un viaje de luz de 11 mil millones de años (cuando el universo tenía solo 2,76 mil millones de años o el 20% de su edad actual), y (abajo ) la distribución de la materia en la misma región después de 11 mil millones de años, mil millones de años luz más o menos. Crédito: Ata et al.

«Queríamos tratar de desarrollar una simulación completa del universo real distante para ver cómo comenzaron las estructuras y cómo terminaron», dijo Atta.

Su resultado fue COSTCO (simulación de campo restringido de COsmos).

Me dijo que desarrollar una simulación es muy parecido a construir una máquina del tiempo. Dado que la luz del universo distante solo llega a la Tierra ahora, los telescopios galácticos que ves hoy son una instantánea del pasado.

“Es como encontrar una vieja foto en blanco y negro de tu abuelo y hacer un video de su vida”, dijo.

En este sentido, los investigadores tomaron instantáneas de galaxias ancestrales «jóvenes» en el universo y luego avanzaron rápidamente su edad para estudiar cómo se formaron los cúmulos de galaxias.

La luz de las galaxias que usaron los investigadores viajó 11 mil millones de años luz para llegar a nosotros.

El mayor desafío fue tener en cuenta el entorno a gran escala.

«Esto es algo muy importante para el destino de esas estructuras, ya sea que estén aisladas o relacionadas con una estructura más grande. Si no se tiene en cuenta el medio ambiente, se obtendrán respuestas completamente diferentes. Hemos sido capaces de tomar la gran El entorno a escala tiene en cuenta constantemente, porque tenemos una simulación completa, y es por eso que nuestra predicción es más estable».

Otra razón importante por la que los investigadores crearon esta simulación es para probar el modelo estándar de cosmología, que se utiliza para describir la física del universo. Al predecir la masa final y la distribución final de las estructuras en un lugar en particular, los investigadores pueden revelar inconsistencias no descubiertas previamente en nuestra comprensión actual del universo.

Usando sus simulaciones, los investigadores pudieron encontrar evidencia de que ya existen tres grupos protogalácticos y una estructura está alterada. Además, pudieron identificar otras cinco estructuras que se forman constantemente en sus simulaciones. Esto incluye el protosupercúmulo Hyperion, el protosupercúmulo más grande y antiguo conocido hoy en día que tiene una masa 5000 veces mayor que la nuestra.[{» 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