Muitos processos em astrofísica levam muito tempo, o que dificulta o estudo de sua evolução. Por exemplo, uma estrela como o nosso Sol tem cerca de 10 bilhões de anos e as galáxias evoluem ao longo de bilhões de anos.

Uma maneira que os astrofísicos abordam isso é olhando para diferentes objetos diferentes para compará-los em diferentes estágios de desenvolvimento. Eles também podem olhar para objetos distantes para efetivamente olhar para trás, devido ao tempo que leva para a luz atingir nossos telescópios. Por exemplo, se olharmos para um objeto a 10 bilhões de anos-luz de distância, veremos como era 10 bilhões de anos atrás.

Agora, pela primeira vez, os pesquisadores criaram simulações que recriam o ciclo de vida completo de alguns dos maiores grupos de galáxias observados no universo distante há 11 bilhões de anos, de acordo com um novo estudo publicado em 2 de junho de 2022 na revista. astronomia natural.

As simulações cósmicas são essenciais para estudar como o universo chegou a ser como é hoje, mas muitas delas geralmente não correspondem ao que os astrônomos observam através de telescópios. A maioria é projetada para corresponder ao universo real apenas em um sentido estatístico. Por outro lado, simulações cósmicas restritas são projetadas para reproduzir as estruturas que realmente observamos no universo. No entanto, a maioria das simulações atuais desse tipo foi aplicada ao nosso universo local, o que significa que está próximo da Terra, mas nunca aplicado a observações do universo distante.

Uma equipe de pesquisadores, liderada pelo pesquisador do Instituto Kavli de Física e Matemática do Projeto Universo e primeiro autor Metin Ata e professor associado do projeto Khe-Jan Lee, estava interessado em estruturas distantes, como aglomerados de galáxias massivos, que são os ancestrais de hoje. Aglomerados de galáxias antes de coalescerem sob a influência de sua gravidade. Eles descobriram que os estudos atuais de aglomerados primordiais distantes às vezes eram simplificados demais, o que significa que foram conduzidos usando modelos simples em vez de simulações.

As capturas de tela da simulação mostram (acima) a distribuição de matéria correspondente à distribuição de galáxias observadas em um tempo de viagem da luz de 11 bilhões de anos (quando o universo tinha apenas 2,76 bilhões de anos ou 20% de sua idade atual), e (abaixo ) a distribuição da matéria na mesma região depois de 11 bilhões de anos, cerca de um bilhão de anos-luz. Crédito: Ata et al.

“Queríamos tentar desenvolver uma simulação completa do universo real distante para ver como as estruturas começaram e como terminaram”, disse Atta.

O resultado foi COSTCO (COsmos Constrained Field Simulation).

Ele me disse que desenvolver uma simulação é como construir uma máquina do tempo. Como a luz do universo distante está chegando à Terra agora, os telescópios galácticos que você vê hoje são um instantâneo do passado.

“É como encontrar uma velha foto em preto e branco de seu avô e fazer um vídeo de sua vida”, disse ele.

Nesse sentido, os pesquisadores tiraram fotos de galáxias ancestrais “jovens” no universo e rapidamente avançaram sua idade para estudar como os aglomerados de galáxias se formaram.

A luz das galáxias que os pesquisadores usaram viajou 11 bilhões de anos-luz para chegar até nós.

O maior desafio foi levar em conta o ambiente de grande escala.

“Isso é muito importante para o destino dessas estruturas, sejam elas isoladas ou relacionadas a uma estrutura maior. Se você não levar em conta o meio ambiente, terá respostas completamente diferentes. Conseguimos levar as grandes -scale o ambiente em conta constantemente, porque temos uma simulação completa, e é por isso que nossa previsão é mais estável.”

Outra razão importante pela qual os pesquisadores criaram essa simulação é testar o Modelo Padrão de cosmologia, que é usado para descrever a física do universo. Ao prever a massa final e a distribuição final de estruturas em um determinado local, os pesquisadores podem revelar inconsistências anteriormente não descobertas em nossa compreensão atual do universo.

Usando suas simulações, os pesquisadores conseguiram encontrar evidências de que três grupos protogaláticos já existem e uma estrutura está perturbada. Além disso, eles conseguiram identificar outras cinco estruturas que estão se formando constantemente em suas simulações. Isso inclui o proto-superaglomerado Hyperion, o maior e mais antigo proto-superaglomerado conhecido hoje que tem uma massa 5.000 vezes maior que a nossa.[{” 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