Gli astrofisici creano simulazioni di “macchina del tempo” per osservare il ciclo di vita delle città galattiche degli antenati

Simulazioni di macchine del tempo

Gli scienziati creano simulazioni di “macchine del tempo” studiando il ciclo di vita delle città delle galassie antenate.

Molti processi in astrofisica richiedono molto tempo, rendendo difficile lo studio della loro evoluzione. Ad esempio, una stella come il nostro sole ha una durata di vita di circa 10 miliardi di anni e le galassie si evolvono nel corso di miliardi di anni.

Un modo in cui gli astrofisici affrontano questo problema è guardare vari oggetti diversi per confrontarli in diversi stadi dell’evoluzione. Possono anche guardare oggetti distanti per scrutare efficacemente indietro nel tempo, a causa del tempo impiegato dalla luce per raggiungere i nostri telescopi. Ad esempio, se osserviamo un oggetto a 10 miliardi di anni luce di distanza, lo vediamo com’era 10 miliardi di anni fa.

Ora, per la prima volta, i ricercatori hanno creato simulazioni che ricreano direttamente l’intero ciclo di vita di alcune delle più grandi raccolte di galassie osservate nel lontano universo 11 miliardi di anni fa, riporta un nuovo studio pubblicato il 2 giugno 2022 sulla rivista Astronomia della natura.

Le simulazioni cosmologiche sono cruciali per studiare come l’universo è diventato la forma che è oggi, ma molte in genere non corrispondono a ciò che gli astronomi osservano attraverso i telescopi. La maggior parte sono progettati per corrispondere all’universo reale solo in senso statistico. Le simulazioni cosmologiche vincolate, d’altra parte, sono progettate per riprodurre direttamente le strutture che osserviamo effettivamente nell’universo. Tuttavia, la maggior parte delle simulazioni esistenti di questo tipo sono state applicate al nostro universo locale, cioè vicino alla Terra, ma mai per osservazioni dell’universo lontano.

Un team di ricercatori, guidato dal Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe Project Researcher e primo autore Metin Ata e Project Assistant Professor Khee-Gan Lee, erano interessati a strutture lontane come enormi protocluster di galassie, che sono gli antenati dei giorni nostri ammassi di galassie prima che potessero aggregarsi sotto la loro stessa gravità. Hanno scoperto che gli studi attuali sui protocluster distanti a volte erano eccessivamente semplificati, il che significa che erano stati eseguiti con modelli semplici e non simulazioni.

Schermate di simulazione della macchina del tempo

Gli screenshot della simulazione mostrano (in alto) la distribuzione della materia corrispondente alla distribuzione della galassia osservata in un tempo di viaggio della luce di 11 miliardi di anni (quando l’Universo aveva solo 2,76 miliardi di anni o il 20% della sua età attuale) e (in basso) il distribuzione della materia nella stessa regione dopo 11 miliardi di anni luce o corrispondente al nostro tempo presente. Credito: Ata et al.

“Volevamo provare a sviluppare una simulazione completa dell’universo reale distante per vedere come sono iniziate le strutture e come sono finite”, ha affermato Ata.

Il loro risultato è stato COSTCO (COstrained Simulations of The Cosmos Field).

Lee ha detto che lo sviluppo della simulazione è stato molto simile alla costruzione di una macchina del tempo. Poiché la luce del lontano universo sta raggiungendo la Terra solo ora, le galassie osservate dai telescopi oggi sono un’istantanea del passato.

“È come trovare una vecchia foto in bianco e nero di tuo nonno e creare un video della sua vita”, ha detto.

In questo senso, i ricercatori hanno scattato istantanee delle “giovani” galassie dei nonni nell’universo e poi hanno fatto avanzare rapidamente la loro età per studiare come si sarebbero formati gli ammassi di galassie.

La luce delle galassie utilizzate dai ricercatori ha percorso una distanza di 11 miliardi di anni luce per raggiungerci.

La cosa più difficile è stata prendere in considerazione l’ambiente su larga scala.

“Questo è qualcosa di molto importante per il destino di quelle strutture, siano esse isolate o associate a una struttura più grande. Se non prendi in considerazione l’ambiente, ottieni risposte completamente diverse. Siamo stati in grado di prendere in considerazione l’ambiente su larga scala in modo coerente, perché abbiamo una simulazione completa ed è per questo che la nostra previsione è più stabile”, ha affermato Ata.

Un altro motivo importante per cui i ricercatori hanno creato queste simulazioni è stato quello di testare il modello standard della cosmologia, utilizzato per descrivere la fisica dell’universo. Prevedendo la massa finale e la distribuzione finale delle strutture in un dato spazio, i ricercatori potrebbero svelare discrepanze precedentemente non rilevate nella nostra attuale comprensione dell’universo.

Usando le loro simulazioni, i ricercatori sono stati in grado di trovare prove di tre protocluster di galassie già pubblicati e sfavorire una struttura. Inoltre, sono stati in grado di identificare altre cinque strutture che si sono formate costantemente nelle loro simulazioni. Ciò include il protosuperammasso Hyperion, il più grande e il primo protosuperammasso conosciuto oggi che è 5000 volte la massa del nostro[{” 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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