Los astrofísicos crean simulaciones de «máquina del tiempo» para observar el ciclo de vida de las ciudades galácticas de los antepasados

Muchos procesos en astrofísica toman mucho tiempo, lo que dificulta el estudio de su evolución. Por ejemplo, una estrella como nuestro sol tiene una vida útil de unos 10 000 millones de años, y las galaxias evolucionan a lo largo de miles de millones de años.

Una forma en que los astrofísicos abordan este problema es mirar varios objetos diferentes para compararlos en diferentes etapas de evolución. También pueden mirar objetos distantes para retroceder en el tiempo, 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 directamente el ciclo de vida completo de algunas de las colecciones más grandes de galaxias observadas en el universo distante hace 11 mil millones de años, informa un nuevo estudio publicado el 2 de junio de 2022 en la revista. Astronomía de la naturaleza.

Las simulaciones cosmológicas son cruciales para estudiar cómo el universo adquirió la forma que tiene hoy, pero muchas no suelen coincidir con lo que los astrónomos observan a través de los telescopios. La mayoría están diseñados para corresponder al universo real solo en un sentido estadístico. Las simulaciones cosmológicas restringidas, por otro lado, están diseñadas para reproducir directamente las estructuras que realmente observamos en el universo. Sin embargo, la mayoría de las simulaciones existentes de este tipo se han aplicado a nuestro universo local, es decir, cercano a la Tierra, pero nunca para observaciones del universo lejano.

Un equipo de investigadores, dirigido por el investigador del proyecto Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe y el primer autor Metin Ata y el profesor asistente del proyecto Khee-Gan Lee, estaban interesados ​​​​en estructuras tan distantes como los enormes protocúmulos de galaxias, que son los ancestros. de los días nuestros cúmulos de galaxias antes de que pudieran agregarse bajo su propia gravedad. Descubrieron que los estudios actuales de protocúmulos distantes a veces se simplificaban demasiado en el sentido de que se habían realizado con modelos simples y no con simulaciones.

Las capturas de pantalla de la simulación muestran (arriba) la distribución de la materia correspondiente a la distribución de la galaxia observada durante un tiempo de viaje de la luz de 11 mil millones de años (cuando el Universo tenía solo 2,76 mil millones de años o el 20% de su tamaño actual) y (abajo) la distribución de la materia en la misma región después de 11 mil millones de años luz o correspondiente a nuestro tiempo presente. Crédito: Ata et al.

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

Su resultado fue COSTCO (COstrained Simulations of The Cosmos Field).

Lee dijo que desarrollar la simulación fue muy similar a construir una máquina del tiempo. Dado que la luz del universo distante recién ahora llega a la Tierra, las galaxias vistas por telescopios 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 las galaxias «jóvenes» de los abuelos en el universo y luego avanzaron rápidamente su edad para estudiar cómo se habrían formado los cúmulos de galaxias.

La luz de las galaxias utilizada por los investigadores viajó una distancia de 11 mil millones de años luz para llegar a nosotros.

Lo más difícil 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 asociadas a una estructura más grande. Si no tiene en cuenta el medio ambiente, obtendrá respuestas completamente diferentes. Hemos podido considerar el entorno a gran escala de manera consistente, porque tenemos una simulación completa, por lo que nuestra predicción es más estable ”, dijo Ata.

Otra razón importante por la que los investigadores crearon estas simulaciones fue 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 espacio determinado, los investigadores podrían descubrir discrepancias no detectadas previamente en nuestra comprensión actual del universo.

Usando sus simulaciones, los investigadores pudieron encontrar evidencia de tres protocúmulos de galaxias publicados anteriormente y una estructura en desventaja. Además, pudieron identificar otras cinco estructuras que se formaron constantemente en sus simulaciones. Esto incluye el proto-supercúmulo Hyperion, el proto-supercúmulo más grande y más antiguo conocido en la actualidad, que tiene 5000 veces la masa de nuestro[{» 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