Zum ersten Mal haben Forscher Simulationen erstellt, die den vollständigen Lebenszyklus einiger der größten Galaxienhaufen, die vor 11 Milliarden Jahren im fernen Universum beobachtet wurden, direkt nachbilden.
Kosmologische Simulationen sind entscheidend, um zu bestimmen, wie das Universum so wurde, wie es heute ist, aber viele von ihnen stimmen normalerweise nicht mit dem überein, was Astronomen in Teleskopen beobachten.
Die meisten von ihnen sind nur im statistischen Sinne so konzipiert, dass sie mit dem realen Universum übereinstimmen. Andererseits sind begrenzte kosmologische Simulationen darauf ausgelegt, die Strukturen, die wir tatsächlich beobachten, direkt zu reproduzieren. Die meisten bestehenden Simulationen dieser Art wurden jedoch auf unser lokales Universum angewendet, das heißt in der Nähe der Erde, aber nie auf Beobachtungen des fernen Universums.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern des Instituts für Physik und Mathematik des Universums. Kavli interessierte sich für weit entfernte Strukturen wie massive Protocluster von Galaxien, die die Vorfahren moderner Galaxienhaufen sind, bevor sie sich unter ihrer eigenen Schwerkraft bilden konnten. Sie fanden heraus, dass aktuelle Studien zu entfernten Protoclustern manchmal zu einfach waren, was bedeutete, dass sie eher mit einfachen Modellen als mit Simulationen durchgeführt wurden.
Wir wollten versuchen, eine vollständige Simulation eines realen, fernen Universums zu entwickeln, um zu sehen, wie Strukturen beginnen und enden, sagen die Forscher. Ihr Ergebnis war COSTCO (Constrained COsmos Field Simulation).
Wissenschaftler sagen, dass die Entwicklung einer Simulation dem Bau einer Zeitmaschine sehr ähnlich ist. Da Licht aus einem fernen Universum erst jetzt die Erde erreicht, sind die Galaxien, die heute von Teleskopen gesehen werden, eine Momentaufnahme der Vergangenheit.
Es ist, als würdest du ein altes Schwarz-Weiß-Foto deines Großvaters finden und ein Video seines Lebens machen.
In diesem Sinne machten die Forscher Bilder von jungen Vorläufergalaxien im Universum und spulen dann ihr Alter vor, um zu untersuchen, wie sich Galaxienhaufen bilden würden.
Das Licht der von den Forschern verwendeten Galaxien legte 11 Milliarden Lichtjahre zurück, um uns zu erreichen. Der schwierigste Teil war die Berücksichtigung der großräumigen Umgebung.
Dies ist etwas, das für das Schicksal dieser Strukturen sehr wichtig ist, unabhängig davon, ob sie isoliert oder mit einer größeren Struktur verbunden sind. Berücksichtigt man das Umfeld nicht, dann bekommt man ganz andere Antworten. Wir haben konsequent auf eine skalierbare Umgebung geachtet, weil wir eine vollständige Simulation haben und unsere Vorhersage daher stabiler ist“, sagte Autor Metin Ata.
Ein weiterer wichtiger Grund, warum die Forscher diese Simulationen erstellten, war der Test des kosmologischen Standardmodells, das zur Beschreibung der Physik des Universums verwendet wird.
Durch die Vorhersage der endgültigen Masse und der endgültigen Verteilung von Strukturen in einem bestimmten Raum könnten Forscher bisher unentdeckte Ungereimtheiten in unserem derzeitigen Verständnis des Universums aufdecken.
Mit ihren Simulationen konnten die Forscher Beweise für die Existenz von drei bereits veröffentlichten Protoclustern von Galaxien finden und eine Struktur widerlegen.
Darüber hinaus konnten sie fünf weitere Strukturen identifizieren, die sich in ihren Simulationen kontinuierlich bildeten. Dazu gehört der Hyperion Proto-Superhaufen, der größte und früheste bisher bekannte Proto-Superhaufen, der die 5.000-fache Masse unserer Milchstraßengalaxie hat und zu einem großen Filament mit einer Länge von 300 Millionen Lichtjahren zusammenbrechen wird, haben Forscher festgestellt.
Ihre Arbeit wird bereits auf andere Projekte angewendet, darunter Untersuchungen der kosmologischen Umgebung von Galaxien und der Absorptionslinien entfernter Quasare.
Details der Studie wurden in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
2022-06-14 18:24:42
Autor: Vitalii Babkin