Astrofísicos criam simulações de “máquina do tempo” para observar o ciclo de vida das cidades na galáxia ancestral
simulações de máquina do tempo

Cientistas criam simulações de “máquina do tempo” que examinam o ciclo de vida das cidades na galáxia ancestral.

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

Uma maneira que os astrofísicos lidam com isso é olhando para diferentes objetos para compará-los em diferentes estágios de desenvolvimento. Você também pode olhar para objetos distantes para efetivamente olhar para trás no tempo, já que a luz demorou tanto para chegar aos 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 diretamente todo o ciclo de vida de alguns dos maiores aglomerados de galáxias observados no Universo distante há 11 bilhões de anos, relata um novo estudo publicado no Journal em 2 de junho de 2022 astronomia natural.

As simulações cosmológicas são cruciais para estudar como o universo chegou à sua forma atual, mas muitas normalmente não correspondem ao que os astrônomos observam através de telescópios. A maioria é projetada para corresponder ao universo real apenas em um sentido estatístico. As simulações cosmológicas restritas, por outro lado, visam reproduzir diretamente as estruturas que realmente observamos no Universo. No entanto, a maioria das simulações existentes deste tipo foram aplicadas ao nosso Universo local, ou seja, próximo da Terra, mas nunca para observações do Universo distante.

Uma equipe de pesquisadores liderada pelo pesquisador do projeto e primeiro autor Metin Ata do Instituto Kavli para a Física e Matemática do Universo e o professor assistente do projeto Khee-Gan Lee se interessou por estruturas distantes, como protoaglomerados de galáxias massivas que são ancestrais dos dias atuais. aglomerados de galáxias antes que eles pudessem se agrupar sob sua própria gravidade. Eles descobriram que os estudos atuais de protoclusters distantes às vezes eram simplificados demais, o que significa que foram feitos com modelos simples em vez de simulações.

Capturas de tela da simulação da máquina do tempo

As capturas de tela da simulação mostram (acima) a distribuição de matéria correspondente à distribuição observada de galáxias 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 dentro de sua região após 11 bilhões de anos-luz ou equivalente ao nosso tempo atual. Crédito da foto: Ata et al.

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

O resultado foi COSTCO (COnstrained Simulations of The COsmos Field).

Lee disse que desenvolver a simulação é semelhante a construir uma máquina do tempo. Como a luz do Universo distante só agora está chegando à Terra, as galáxias observadas pelos telescópios hoje são um instantâneo do passado.

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

Com isso em mente, os pesquisadores tiraram fotos de galáxias avós “jovens” no Universo e, em seguida, avançaram suas idades para estudar como os aglomerados de galáxias se formariam.

A luz das galáxias que os pesquisadores usaram percorreu uma distância de 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 conectadas a uma estrutura maior. Se você não levar em conta o ambiente, obterá respostas completamente diferentes. Conseguimos contabilizar consistentemente o ambiente de grande escala porque temos uma simulação completa e é por isso que nossa previsão é mais robusta”, disse Ata.

Outra razão importante pela qual os pesquisadores criaram essas simulações foi testar o Modelo Padrão de Cosmologia usado para descrever a física do Universo. Ao prever a massa final e a distribuição de estruturas em um determinado espaço, os pesquisadores podem descobrir discrepâncias anteriormente não descobertas em nossa compreensão atual do Universo.

Com suas simulações, os pesquisadores conseguiram encontrar evidências de três protoaglomerados de galáxias publicados anteriormente e rejeitar uma estrutura. Além disso, eles conseguiram identificar cinco outras estruturas que se formaram repetidamente em suas simulações. Estes incluem o Hyperion Proto-Superaglomerado, o maior e mais antigo proto-superaglomerado conhecido com 5.000 vezes a nossa massa[{” 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

By Gabriel Ana

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