Astrônomos criam simulações de “máquina do tempo” para monitorar o ciclo de vida de cidades de galáxias ancestrais

Os cientistas estão desenvolvendo simulações de “máquina do tempo” que estudam o ciclo de vida de galáxias ancestrais.

Muitos processos em astrofísica levam muito tempo, tornando difícil estudar sua evolução. Por exemplo, a vida útil de uma estrela como o nosso Sol é de cerca de 10 bilhões de anos e as galáxias se formam em bilhões de anos.

Uma maneira que os astrônomos lidam com isso é comparar diferentes objetos em diferentes estágios de evolução. Por causa do tempo que a luz viaja para alcançar nossos telescópios, eles podem ver objetos distantes. Por exemplo, se olharmos para um objeto a 10 bilhões de anos-luz de distância, veremos como era 10 bilhões de anos atrás.

Agora, pela primeira vez, os pesquisadores criaram simulações que recriam diretamente todo o ciclo de vida de algumas das maiores galáxias encontradas no universo distante há 11 bilhões de anos, de acordo com um novo estudo publicado na revista em 2 de junho de 2022. astronomia natural.

As simulações cosmológicas são importantes hoje para estudar como o universo tomou forma, mas muitos astrônomos geralmente não se encaixam no que observam com telescópios. A maioria é projetada para se ajustar ao universo real apenas em um sentido estatístico. As simulações cosmológicas controladas, por outro lado, são projetadas para recriar diretamente as estruturas que realmente observamos no universo. No entanto, a maioria das simulações desse tipo foi aplicada ao nosso universo local, ou seja, próximo à Terra, mas nunca usada para observações de universos distantes.

Uma equipe de pesquisadores liderada por Medin Atta, pesquisador do projeto e primeiro autor do Cowley Institute for Physics and Mathematics of the Universe, e o professor assistente do projeto Kee-Kan Lee, estavam interessados ​​em estruturas distantes, como os protoclusters de galáxias massivas que são os ancestrais de hoje. Antes que as galáxias se acumulem sob sua própria atração gravitacional. Eles descobriram que os estudos atuais de protoclusters distantes às vezes eram exagerados, ou seja, não eram feitos com modelos e simulações simples.

Capturas de tela da simulação da máquina do tempo

Capturas de tela da simulação (topo) Distribuição de um objeto semelhante à observação da galáxia observada durante viagens de luz de 11 bilhões de anos (quando o universo tinha 2,76 bilhões de anos ou 20% de sua idade atual) e (abaixo) 11 bilhões de anos-luz após ou apenas a distribuição da matéria na mesma região. Crédito: Atta et al.

“Queremos tentar criar uma simulação completa do universo distante real, para ver como as estruturas começaram e como terminaram”, disse Atta.

Seu resultado é COSTCO (Simulação Restrita do Campo Cosmos).

Criar simulação é como construir uma máquina do tempo, disse Lee. À medida que a luz do universo distante atinge a Terra agora, os telescópios das galáxias são um instantâneo do passado.

“É como encontrar uma velha foto em preto e branco de seu avô e fazer um vídeo de sua vida”, disse ele.

Nesse sentido, os pesquisadores tiraram instantâneos das galáxias dos “jovens” avós no universo e depois enviaram sua idade rapidamente para estudar como os aglomerados de galáxias se formaram.

A luz da galáxia usada pelos pesquisadores viajou 11 bilhões de anos-luz para chegar até nós.

É muito desafiador levar em conta o ambiente de grande escala.

“Se essas estruturas estão isoladas ou associadas a uma estrutura maior é muito importante para o seu destino. Se você não levar em conta o meio ambiente, você terá respostas completamente diferentes”, disse Atta.

Outra razão importante para os pesquisadores criarem essas simulações é testar o modelo estático cosmológico usado para descrever a física do universo. Ao prever a massa final e a distribuição final das estruturas em um determinado espaço, os pesquisadores podem revelar contradições anteriormente não detectadas em nossa compreensão atual do universo.

Usando suas simulações, os pesquisadores conseguiram encontrar evidências de três protoaglomerados de galáxias já publicados e refutar uma estrutura. Além disso, eles conseguiram identificar mais cinco estruturas que estão em constante evolução em suas simulações. Isso inclui o Hyperion Proto-Superaglomerado, o maior e mais antigo Proto-Superaglomerado conhecido hoje, com 5.000 vezes o nosso próprio 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

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