Ученые смоделировали жизненный цикл скоплений галактик
Исследователи впервые создали симуляции, которые непосредственно воссоздают полный жизненный цикл некоторых из крупнейших скоплений галактик, наблюдаемых в далекой Вселенной 11 миллиардов лет назад.
Космологические симуляции имеют решающее значение для определения того, как Вселенная стала такой, какой она является сегодня, но многие из них обычно не соответствуют тому, что астрономы наблюдают в телескопы.
Большинство из них предназначены для соответствия реальной вселенной только в статистическом смысле. С другой стороны, ограниченное космологическое моделирование предназначено для непосредственного воспроизведения структур, которые мы реально наблюдаем. Однако большинство существующих симуляций такого рода применялись к нашей локальной вселенной, то есть близко к Земле, но никогда не применялись к наблюдениям за далекой вселенной.
Группа ученых Института физики и математики Вселенной им. Кавли интересовалась отдаленными структурами, такими как массивные протоскопления галактик, которые являются предками современных скоплений галактик, прежде чем они смогли образоваться под действием собственной гравитации. Они обнаружили, что текущие исследования далеких протоскоплений иногда были чрезмерно упрощены, то есть они проводились с использованием простых моделей, а не симуляций.
«Мы хотели попробовать разработать полную симуляцию реальной далекой вселенной, чтобы увидеть, как начинаются структуры и чем они заканчиваются», — говорят исследователи. Их результатом стал COSTCO (Ограниченное моделирование поля COsmos).
Ученые говорят, что разработка симуляции очень похожа на создание машины времени. Поскольку свет из далекой Вселенной только сейчас достигает Земли, галактики, которые сегодня наблюдают телескопы, — это снимок прошлого.
«Это все равно, что найти старую черно-белую фотографию своего дедушки и снять видео о его жизни».
В этом смысле исследователи сделали снимки «молодых» галактик-прародителей во Вселенной, а затем перемотали их возраст вперед, чтобы изучить, как будут формироваться скопления галактик.
Свет от галактик, которые использовали исследователи, преодолел расстояние в 11 миллиардов световых лет, чтобы достичь нас. Самым сложным было принять во внимание крупномасштабную среду.
«Это то, что очень важно для судьбы этих структур, независимо от того, изолированы они или связаны с более крупной структурой. Если вы не принимаете во внимание окружающую среду, то вы получаете совершенно другие ответы. Мы последовательно учитывали масштабируемую среду, потому что у нас есть полная симуляция, и поэтому наш прогноз более стабилен», — сказал автор работы Метин Ата.
Еще одна важная причина, по которой исследователи создали эти симуляции, заключалась в проверке стандартной космологической модели, которая используется для описания физики Вселенной.
Предсказывая окончательную массу и окончательное распределение структур в заданном пространстве, исследователи могли выявить ранее необнаруженные несоответствия в нашем нынешнем понимании Вселенной.
Используя свои симуляции, исследователи смогли найти доказательства существования трех уже опубликованных протоскоплений галактик и опровергнуть одну структуру.
Кроме того, они смогли идентифицировать еще пять структур, которые постоянно формировались в их симуляциях. Сюда входит прото-сверхскопление Гиперион, крупнейшее и самое раннее из известных на сегодняшний день прото-сверхскоплений, масса которого в 5000 раз превышает массу нашей галактики Млечный Путь, и, как выяснили исследователи, она схлопнется в большую нить длиной 300 миллионов световых лет.
Их работа уже применяется в других проектах, включая исследования космологической среды галактик и линий поглощения далеких квазаров.
Подробности исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.