Des astrophysiciens ont créé une simulation de « machine à voyager dans le temps » pour observer le cycle de vie des ancêtres des villes galactiques

Les scientifiques conçoivent une simulation de « machine à voyager dans le temps » qui étudie le cycle de vie des ancêtres des villes galactiques.

De nombreux processus en astrophysique prennent beaucoup de temps, ce qui rend difficile l’étude de leur évolution. Par exemple, une étoile comme notre soleil a environ 10 milliards d’années et les galaxies évoluent sur des milliards d’années.

Une façon pour les astrophysiciens d’aborder cela est de regarder différents objets différents pour les comparer à différents stades de développement. Ils peuvent également regarder des objets éloignés pour regarder efficacement en arrière, en raison du temps nécessaire à la lumière pour atteindre nos télescopes. Par exemple, si nous regardons un objet à 10 milliards d’années-lumière, nous le voyons tel qu’il était il y a 10 milliards d’années.

Maintenant, pour la première fois, des chercheurs ont créé des simulations qui recréent le cycle de vie complet de certains des plus grands groupes de galaxies observés dans l’univers lointain il y a 11 milliards d’années, selon une nouvelle étude publiée le 2 juin 2022 dans la revue. astronomie naturelle.

Les simulations cosmiques sont essentielles pour étudier comment l’univers est devenu ce qu’il est aujourd’hui, mais beaucoup d’entre elles ne correspondent généralement pas à ce que les astronomes observent à travers les télescopes. La plupart sont conçus pour correspondre à l’univers réel uniquement dans un sens statistique. D’autre part, les simulations cosmiques contraintes sont conçues pour reproduire les structures que nous observons réellement dans l’univers. Cependant, la plupart des simulations actuelles de ce type ont été appliquées à notre univers local, c’est-à-dire proche de la Terre, mais jamais appliquées aux observations de l’univers lointain.

Une équipe de chercheurs, dirigée par le chercheur et premier auteur du Kavli Institute of Physics and Mathematics of Project Universe Metin Ata et le professeur associé du projet Khe-Jan Lee, s’est intéressée aux structures distantes telles que les amas de galaxies massifs, qui sont les ancêtres d’aujourd’hui. Les amas de galaxies avant qu’ils ne se rassemblent sous l’influence de la gravité. Ils ont constaté que les études actuelles sur les amas primordiaux distants étaient parfois trop simplifiées, ce qui signifie qu’elles étaient menées à l’aide de modèles simples plutôt que de simulations.

Images de simulation de machine à voyager dans le temps

Des captures d’écran de la simulation montrent (en haut) la distribution de la matière correspondant à la distribution des galaxies observées dans un temps de voyage de la lumière de 11 milliards d’années (alors que l’univers n’avait que 2,76 milliards d’années ou 20% de son âge actuel), et (en bas ) la distribution de la matière dans la même région après 11 milliards d’années, soit environ un milliard d’années-lumière. Crédit : Ata et al.

« Nous voulions essayer de développer une simulation complète de l’univers réel lointain pour voir comment les structures ont commencé et comment elles se sont terminées », a déclaré Atta.

Leur résultat a été COSTCO (COsmos Constrained Field Simulation).

Il m’a dit que développer une simulation, c’est un peu comme construire une machine à voyager dans le temps. Étant donné que la lumière de l’univers lointain n’atteint la Terre que maintenant, les télescopes galactiques que vous voyez aujourd’hui sont un instantané du passé.

« C’est comme trouver une vieille photo en noir et blanc de votre grand-père et faire une vidéo de sa vie », a-t-il déclaré.

En ce sens, les chercheurs ont pris des instantanés de « jeunes » galaxies ancestrales dans l’univers, puis ont rapidement avancé leur âge pour étudier la formation des amas de galaxies.

La lumière des galaxies utilisées par les chercheurs a parcouru 11 milliards d’années-lumière pour nous atteindre.

Le plus grand défi était de prendre en compte l’environnement à grande échelle.

« C’est une chose très importante pour le sort de ces structures qu’elles soient isolées ou liées à une structure plus grande. Si vous ne tenez pas compte de l’environnement, vous obtiendrez des réponses complètement différentes. Nous avons pu prendre la grande -l’environnement à grande échelle en compte constamment, car nous avons une simulation complète, et c’est pourquoi notre prédiction est plus stable. »

Une autre raison importante pour laquelle les chercheurs ont créé cette simulation est de tester le modèle standard de cosmologie, qui est utilisé pour décrire la physique de l’univers. En prédisant la masse ultime et la distribution finale des structures à un endroit particulier, les chercheurs peuvent dévoiler des incohérences jusque-là inconnues dans notre compréhension actuelle de l’univers.

Grâce à leurs simulations, les chercheurs ont pu trouver des preuves que trois groupes protogalactiques existent déjà et qu’une structure est perturbée. De plus, ils ont pu identifier cinq autres structures qui se forment constamment dans leurs simulations. Cela inclut le proto-superamas d’Hyperion, le plus grand et le plus ancien proto-superamas connu aujourd’hui, qui a une masse 5 000 fois supérieure à celle de notre amas.[{ » 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

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