天体物理学家创造了一个“时间机器”模拟来观察银河城市祖先的生命周期

天体物理学中的许多过程需要很长时间，这使得研究它们的演化变得困难。 例如，像我们太阳这样的恒星大约有 100 亿年的历史，而星系的演化经历了数十亿年。

天体物理学家解决这个问题的一种方法是观察不同的物体，以比较它们在不同的发展阶段。 由于光线到达我们的望远镜所需的时间长度，他们还可以查看远处的物体以有效地向后看。 例如，如果我们看一个 100 亿光年外的物体，我们会看到它是 100 亿年前的样子。

根据 2022 年 6 月 2 日发表在该杂志上的一项新研究，现在，研究人员首次创建了模拟，重现了 110 亿年前在遥远宇宙中观察到的一些最大星系群的完整生命周期。 自然天文学.

宇宙模拟对于研究宇宙如何成为今天的样子至关重要，但其中许多通常与天文学家通过望远镜观察到的不符。 大多数设计仅在统计意义上与真实宇宙相匹配。 另一方面，受约束的宇宙模拟旨在重现我们在宇宙中实际观察到的结构。 然而，目前大多数此类模拟已应用于我们当地的宇宙，这意味着它靠近地球，但从未应用于对遥远宇宙的观测。

由 Kavli 物理和数学研究所 Project Universe 研究员、第一作者 Metin Ata 和项目副教授 Khe-Jan Lee 领导的一组研究人员对遥远的结构感兴趣，例如大型星系团，它们是今天的祖先。 星系团在它们的引力影响下合并之前。 他们发现，目前对遥远原始星团的研究有时过于简单，这意味着它们是使用简单的模型而不是模拟进行的。

模拟的屏幕截图显示（上）在 110 亿年的光旅行时间（当时宇宙只有 27.6 亿年或当前年龄的 20%）中观察到的星系分布对应的物质分布，和（下） ) 110 亿年后同一区域的物质分布。10 亿光年左右。 信用：Ata 等人。

“我们想尝试对遥远的真实宇宙进行完整的模拟，以了解这些结构是如何开始和结束的，”阿塔说。

他们的结果是 COSTCO（COsmos 约束场模拟）。

他告诉我，开发模拟很像建造时间机器。 由于来自遥远宇宙的光现在才到达地球，你今天看到的银河望远镜是过去的快照。

“这就像找到一张你祖父的黑白旧照片并制作他的生活视频，”他说。

从这个意义上说，研究人员拍摄了宇宙中“年轻”祖先星系的快照，然后迅速提高了它们的年龄，以研究星系团是如何形成的。

研究人员使用的星系发出的光经过 110 亿光年外到达我们。

最大的挑战是考虑到大规模的环境。

“这对于那些结构的命运来说是一件非常重要的事情，无论它们是孤立的还是与更大的结构相关。如果你不考虑环境，你会得到完全不同的答案。我们已经能够把大不断考虑规模环境，因为我们有一个完整的模拟，这就是为什么我们的预测更稳定。”

研究人员创建此模拟的另一个重要原因是测试宇宙学标准模型，该模型用于描述宇宙的物理特性。 通过预测特定位置结构的最终质量和最终分布，研究人员可以揭示我们当前对宇宙的理解中以前未发现的不一致之处。

使用他们的模拟，研究人员能够找到证据表明三个原星系群已经存在，并且一个结构受到干扰。 此外，他们还能够识别出在他们的模拟中不断形成的其他五种结构。 这包括 Hyperion 原超星系团，它是当今已知的最大和最古老的原超星系团，其质量是我们的 5,000 倍。[{” 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