天体物理学者は、銀河系の都市の祖先のライフサイクルを観察するための「タイムマシン」シミュレーションを作成しました

天体物理学の多くのプロセスは非常に長い時間がかかるため、それらの進化の研究は困難です。 たとえば、私たちの太陽のような星は約100億年前のものであり、銀河は数十億年にわたって進化しています。

天体物理学者がこれに取り組む1つの方法は、さまざまなオブジェクトを調べて、開発のさまざまな段階でそれらを比較することです。 また、光が望遠鏡に到達するまでにかかる時間の長さにより、遠くの物体を見て効果的に振り返ることもできます。 たとえば、100億光年離れた物体を見ると、100億年前と同じように見えます。

2022年6月2日にジャーナルに発表された新しい研究によると、研究者たちは初めて、110億年前に遠方の宇宙で観測された銀河の最大のグループのいくつかのライフサイクル全体を再現するシミュレーションを作成しました。 自然天文学。

宇宙のシミュレーションは、宇宙が今日のようになった経緯を研究するために不可欠ですが、それらの多くは通常、天文学者が望遠鏡で観測するものとは一致しません。 ほとんどは、統計的な意味でのみ実際の宇宙と一致するように設計されています。 一方、制約付き宇宙シミュレーションは、私たちが実際に宇宙で観測している構造を再現するように設計されています。 ただし、このタイプの現在のシミュレーションのほとんどは、私たちのローカル宇宙、つまり地球の近くに適用されていますが、遠方の宇宙の観測には適用されていません。

Kavli Institute of Physics and Mathematics of ProjectUniverseの研究者で筆頭著者のMetinAtaとプロジェクト准教授のKhe-JanLeeが率いる研究者チームは、今日の祖先である巨大な銀河クラスターなどの遠方の構造に興味を持っていました。 重力の影響下で集まる前の銀河団。 彼らは、遠方のプロトクラスターの現在の研究が単純化されすぎている場合があることを発見しました。つまり、シミュレーションではなく単純なモデルを使用して実施されたということです。

シミュレーションのスクリーンショットは、（上）110億年の軽い移動時間（宇宙がわずか27億6000万年前または現在の年齢の20％であったとき）で観測された銀河の分布に対応する物質の分布を示しています。 ）110億年後の同じ地域での物質の分布。10億光年かそこら。 クレジット：Ataetal。

「私たちは、構造がどのように始まり、どのように終わったかを確認するために、遠くの実宇宙の完全なシミュレーションを開発しようとしたかった」とアッタ氏は語った。

その結果がCOSTCO（COsmos Constrained Field Simulation）でした。

彼は、シミュレーションの開発はタイムマシンの構築によく似ていると私に言いました。 遠方の宇宙からの光は今地球に届いているだけなので、今日あなたが見つけた銀河望遠鏡は過去のスナップショットです。

「それはあなたの祖父の古い白黒写真を見つけて彼の人生のビデオを作るようなものです」と彼は言いました。

この意味で、研究者たちは宇宙の「若い」先祖代々の銀河のスナップショットを撮り、すぐに年齢を上げて銀河団がどのように形成されたかを研究しました。

研究者が使用した銀河からの光は、110億光年離れて私たちに到達しました。

最大の課題は、大規模な環境を考慮に入れることでした。

「これは、それらが孤立している場合でも、より大きな構造に関連している場合でも、それらの構造の運命にとって非常に重要なことです。環境を考慮しないと、まったく異なる答えが得られます。 -完全なシミュレーションがあるため、環境を常に考慮に入れてください。これが、予測がより安定している理由です。」

研究者がこのシミュレーションを作成したもう1つの重要な理由は、宇宙の物理学を説明するために使用される宇宙論の標準モデルをテストすることです。 特定の場所での構造の最終的な質量と最終的な分布を予測することにより、研究者は、宇宙の現在の理解においてこれまで発見されていなかった矛盾を明らかにすることができます。

彼らのシミュレーションを使用して、研究者は3つの原銀河グループがすでに存在し、1つの構造が乱されているという証拠を見つけることができました。 さらに、シミュレーションで絶えず形成されている他の5つの構造を特定することができました。 これには、Hyperionプロトスーパークラスターが含まれます。これは、現在知られている最大かつ最古のプロトスーパークラスターであり、クラスターの5,000倍の質量を持っています。[{” 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