Los astrofísicos crean simulaciones de ‘máquina del tiempo’ para observar el ciclo de vida de las ciudades en galaxias antiguas

Los científicos están creando simulaciones de «máquinas del tiempo» que estudian el ciclo de vida de las ciudades en las galaxias ancestrales.

Muchos procesos en astrofísica toman mucho tiempo, lo que hace que su evolución sea difícil de estudiar. 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 pueden lidiar con esto es mirar diferentes objetos para compararlos en diferentes etapas de evolución. También pueden mirar objetos distantes para mirar hacia atrás en el tiempo de manera efectiva, debido al tiempo que tarda la luz en viajar para 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 revisión. astronomía natural.

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 coincidir con el 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, observaron estructuras distantes como protocúmulos de galaxias masivas, que son los ancestros del grupo actual de galaxias antes de que pudieran fusionarse por su propia gravedad. Descubrieron que los estudios actuales de protocúmulos remotos a veces se simplificaron demasiado, lo que significa que se realizaron con modelos simples y no con simulaciones.

Capturas de pantalla de la simulación de la máquina del tiempo

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Capturas de pantalla de la simulación muestran (arriba) la distribución de materia correspondiente a la distribución observada de galaxias en 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 edad 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 actual. 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 (simulaciones COnstrained del campo COsmos).

Lee dijo que desarrollar la simulación fue muy parecido a construir una máquina del tiempo. Debido a que la luz del universo distante solo está llegando a la Tierra ahora, las galaxias que los telescopios observan hoy son una instantánea del pasado.

“Es como encontrar una vieja foto en blanco y negro de tu abuelo y crear un video de su vida”, dijo.

En este sentido, los investigadores tomaron instantáneas de las galaxias abuelas «jóvenes» en el universo y luego avanzaron rápidamente su edad para estudiar cómo se formarían 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.

La parte más difícil fue tener en cuenta el entorno a gran escala.

«Es algo muy importante para el destino de estas estructuras, ya sea que estén aisladas o asociadas con una estructura más grande. Si ignoras el entorno, obtienes respuestas completamente diferentes. Pudimos dar cuenta del entorno a gran escala de manera consistente porque tenemos una simulación completa, y es por eso 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 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 previamente y desfavorecer una estructura. Además de esto, pudieron identificar otras cinco estructuras que se formaron regularmente en sus simulaciones. Esto incluye el protosupercúmulo Hyperion, el protosupercúmulo más grande y antiguo que se conoce hoy en día, que tiene 5.000 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

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