Kutatók "időgépes" szimulációkat hoznak létre az ősi galaxisok tanulmányozására

A kutatók most először hoztak létre olyan szimulációkat, amelyek közvetlenül rekonstruálják a távoli világegyetemben 11 milliárd évvel ezelőtt megfigyelt legnagyobb galaxiskollekciók némelyikének teljes életciklusát - olvasható a Nature Astronomy című szaklapban megjelent új tanulmányban.

A kozmológiai szimulációk alapvető fontosságúak annak tanulmányozásában, hogy a világegyetem hogyan vált a mai alakjává, de sok közülük jellemzően nem felel meg annak, amit a csillagászok a távcsöveken keresztül megfigyelnek. A legtöbbet úgy tervezték, hogy csak statisztikai értelemben feleljen meg a valós világegyetemnek. A korlátozott kozmológiai szimulációkat viszont úgy tervezték, hogy közvetlenül reprodukálják a világegyetemben ténylegesen megfigyelhető struktúrákat. A legtöbb létező ilyen jellegű szimulációt azonban a mi helyi, azaz a Földhöz közeli univerzumunkra alkalmazták, de soha nem a távoli univerzum megfigyeléseire.

A Kavli Intézet kutatója, Metin Ata és a projekt adjunktusa, Khee-Gan Lee által vezetett kutatócsoportot olyan távoli struktúrák érdekelték, mint a masszív galaxis protoklaszterek, amelyek a mai galaxishalmazok ősei, mielőtt azok saját gravitációjuk hatására össze tudtak volna csoportosulni. Úgy találták, hogy a távoli protoklaszterekről szóló jelenlegi tanulmányok néha túlságosan leegyszerűsítettek, vagyis egyszerű modellekkel és nem szimulációkkal készültek.

Meg akartuk próbálni a valódi távoli univerzum teljes szimulációjának kifejlesztését, hogy lássuk, hogyan indultak és hogyan végződtek a struktúrák - mondta Ata.

Eredményük a COSTCO (COnstrained Simulations of The COsmos Field) volt.

Lee szerint a szimuláció kifejlesztése olyan volt, mintha egy időgépet építettek volna. Mivel a távoli világegyetem fénye csak most éri el a Földet, a távcsövek által ma megfigyelt galaxisok a múlt pillanatfelvételei.

Olyan ez, mintha találnánk egy régi fekete-fehér képet a nagyapánkról, és létrehoznánk egy videót az életéről - mondta.

Ebben az értelemben a kutatók pillanatképeket készítettek a világegyetem "fiatal" nagyszülői galaxisairól, majd a korukat előrepörgetve tanulmányozták, hogyan alakulnának ki a galaxishalmazok. A kutatók által felhasznált galaxisok fénye így 11 milliárd fényévnyi távolságot tett meg, hogy eljusson hozzánk. A legnagyobb kihívást pedig a nagyméretű környezet figyelembevétele jelentette.

Ez olyasmi, ami nagyon fontos ezeknek a struktúráknak a sorsa szempontjából, akár elszigeteltek, akár egy nagyobb struktúrához kapcsolódnak. Ha nem vesszük figyelembe a környezetet, akkor teljesen más válaszokat kapunk. Mi következetesen figyelembe tudtuk venni a nagy léptékű környezetet, mert teljes szimulációval rendelkezünk, és ezért stabilabb az előrejelzésünk - mondta Ata.

A másik fontos ok, amiért a kutatók létrehozták ezeket a szimulációkat, az volt, hogy teszteljék a kozmológia standard modelljét, amelyet az univerzum fizikájának leírására használnak. A struktúrák végső tömegének és egy adott térben való végső eloszlásának előrejelzésével a kutatók eddig fel nem fedezett ellentmondásokat fedezhettek fel az univerzumról alkotott jelenlegi elképzeléseinkben.

Szimulációik segítségével a kutatók három, már publikált galaxis protoklaszterre találtak bizonyítékot, egy struktúrát pedig megcáfoltak. Ráadásul további öt olyan struktúrát tudtak azonosítani, amelyek következetesen kialakultak a szimulációikban. Ezek közé tartozik a Hyperion proto-szuperhalmaz, a ma ismert legnagyobb és legkorábbi proto-szuperhalmaz, amely 5000-szer nagyobb tömegű, mint a mi Tejútrendszerünk, amelyről a kutatók megállapították, hogy egy nagy, 300 millió fényévnyi filamentumba fog összeomlani.

Munkájukat már más projektekben is alkalmazzák, többek között a galaxisok kozmológiai környezetének és a távoli kvazárok abszorpciós vonalainak vizsgálatára, hogy csak néhányat említsünk.

Tanulmányuk részleteit a Nature Astronomy című szaklapban tették közzé június 2-án.