天体物理学者は、先祖銀河の街の寿命を観察するために「タイムマシン」シミュレーションを作成します。

天体物理学の多くのプロセスは非常に長い時間がかかるため、進化を研究するのは難しいです。 例えば、私たちの太陽のような星の寿命は約100億年で、銀河は何十億年もの間進化しています。

天体物理学者がこれを扱う一つの方法は、さまざまな異なる物体を観察し、進化の異なる段階で比較することです。 彼らはまた、光が私たちの望遠鏡に到達するのにかかる時間のために時間を遡って効果的に離れているオブジェクトを見ることができます。 例えば、100億光年離れた物体を見ているなら、100億年前の物体を見ているのです。

2022年6月2日のジャーナルで発表された新しい研究報告書によれば、研究者たちが最初に110億年前に遠い宇宙で観察された最大の銀河系集合体の全寿命周期を直接再現するシミュレーションを作成しました。 自然天文学。

宇宙論的なシミュレーションは、宇宙が今日のような形になった方法を研究するために重要ですが、多くの場合、天文学者が望遠鏡を通して観察するのと一般的には一致しません。 ほとんどは、統計的な意味でのみ実際の宇宙と一致するように設計されています。 一方、限られた宇宙論的シミュレーションは、我々が実際に宇宙で観察する構造を直接再現するように設計されている。 しかし、この種の既存のシミュレーションは、大部分が地球に近いという意味の地球宇宙に適用されたが、遠い宇宙の観測には適用されなかった。

カブリ宇宙物理学と数学研究所のプロジェクト研究者であり、第一作家であるメチン・アタ（Metin Ata）と、これまでプロジェクト助教授が率いる研究員チームは、今日の先祖である巨大銀河原始銀河団のような遠い構造に関心を示した。 銀河団が独自の重力で集まる前に集まらなければなりません。 彼らは、遠く離れたプロトクラスターの現在の研究が時々過度に単純化され、シミュレーションではなく単純なモデルで行われたことを発見しました。

シミュレーションのスクリーンショットは、（上）110億年の光移動時間（宇宙の年齢が27億6000万年または現在の年齢の20％に過ぎなかったとき）で観察された銀河分布に対応する物質の分布を示しています。 、（以下）110億光年後または当社の現在時刻に対応する同じ地域の物質分布。 クレジット：Ata et al。

「私たちは、構造がどのように始まり、どのように終わるかを見るために、実際の遠い宇宙の完全なシミュレーションを開発しようとしました」とAtaは言いました。

その結果はCOSTCO（COsmos FieldのConstrained Simulations）でした。

Leeは、シミュレーションを開発することがタイムマシンを作成するのと似ていると述べました。 遠い宇宙の光が地球に到達するので、望遠鏡が今日観察している銀河は過去のスナップショットです。

「おじいちゃんの古いモノクロ写真を見つけて、彼の人生のビデオを作るのと同じです」と彼は言いました。

この意味で、研究者たちは、宇宙で「若い」祖父母の銀河のスナップショットを撮った後、銀河団がどのように形成されるかを調べるために、年を早く巻き上げました。

研究者が使用した銀河の光は、私たちに到達するために110億光年の距離を旅しました。

最も困難なのは、大規模な環境を考慮することでした。

「これは、孤立していても大規模な構造につながっていても、これらの構造の運命にとって非常に重要です。 環境を考慮しないと、まったく異なる答えが得られます。 我々は全体的なシミュレーションを持っているので、大規模な環境を一貫して考慮することができ、これが私たちの予測がより安定した理由です」

研究者がこれらのシミュレーションを作成したもう一つの重要な理由は、宇宙の物理学を説明するために使用される宇宙論の標準モデルをテストすることでした。 所与の空間内の構造の最終質量と最終分布を予測することによって、研究者は現在の宇宙の理解から以前は検出されなかった不一致を明らかにすることができました。

シミュレーションを使用して、研究者たちはすでに発表された3つの銀河のプロトクラスターの証拠を見つけ、1つの構造を好まなかった。 さらに、シミュレーションで一貫して形成された5つの構造をさらに識別することができました。 これには、今日知られている最大かつ最初の生のスーパークラスタであるHyperion Raw Super Clusterが含まれます。これは、私たちの質量の5000倍です。[{” 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