천체 물리학자들은 은하 도시의 조상들의 수명 주기를 관찰하기 위해 ‘타임 머신’ 시뮬레이션을 만들었습니다.

천체 물리학의 많은 과정은 시간이 매우 오래 걸리므로 진화를 연구하기가 어렵습니다. 예를 들어, 우리 태양과 같은 별의 나이는 약 100억 년이고 은하는 수십억 년에 걸쳐 진화합니다.

천체 물리학자들이 이에 접근하는 한 가지 방법은 서로 다른 개발 단계에서 서로 다른 대상을 비교하는 것입니다. 그들은 또한 빛이 우리의 망원경에 도달하는 데 걸리는 시간 때문에 효과적으로 뒤를 돌아보기 위해 멀리 있는 물체를 볼 수 있습니다. 예를 들어 100억 광년 떨어진 물체를 보면 100억 년 전의 모습으로 보입니다.

2022년 6월 2일 저널에 발표된 새로운 연구에 따르면 이제 연구자들은 110억 년 전 먼 우주에서 관찰된 가장 큰 은하계 그룹의 전체 수명 주기를 재현하는 시뮬레이션을 처음으로 만들었습니다. 자연 천문학.

우주 시뮬레이션은 우주가 오늘날의 모습이 된 방법을 연구하는 데 필수적이지만 대부분은 일반적으로 천문학자가 망원경을 통해 관찰하는 것과 일치하지 않습니다. 대부분은 통계적 의미에서만 실제 우주와 일치하도록 설계되었습니다. 반면에, 제한된 우주 시뮬레이션은 우리가 우주에서 실제로 관찰하는 구조를 재현하도록 설계되었습니다. 그러나 이러한 유형의 최신 시뮬레이션은 대부분 지구에 가깝지만 먼 우주의 관측에는 적용되지 않는 우리의 지역 우주에 적용되었습니다.

프로젝트 유니버스 연구원이자 제1저자인 메틴 아타(Metin Ata)와 이케잔(Khe-Jan Lee) 부교수가 이끄는 카블리 물리학 및 수학 연구소가 이끄는 연구팀은 오늘날의 조상인 거대한 은하단과 같은 먼 구조에 관심을 가졌다. 은하단은 중력의 영향으로 합쳐지기 전입니다. 그들은 먼 원시 클러스터에 대한 현재 연구가 때때로 지나치게 단순화되어 시뮬레이션이 아닌 단순한 모델을 사용하여 수행되었다는 것을 발견했습니다.

시뮬레이션의 스크린샷은 (위) 110억 년(우주의 나이가 27억 6천만 년 또는 현재 나이의 20%에 불과했을 때) 동안 관찰된 은하의 분포에 해당하는 물질의 분포를 보여주고, (아래) ) 110억년 후 같은 지역에서 물질의 분포 10억 광년 정도. 크레딧: Ata et al.

“우리는 구조가 어떻게 시작되고 어떻게 끝나는지 보기 위해 멀리 떨어진 실제 우주의 완전한 시뮬레이션을 개발하려고 했습니다.”라고 Atta가 말했습니다.

그 결과는 COSTCO(COsmos Constrained Field Simulation)였습니다.

그는 시뮬레이션을 개발하는 것이 타임머신을 만드는 것과 비슷하다고 말했습니다. 머나먼 우주에서 오는 빛이 이제서야 지구에 도달하기 때문에 오늘 당신이 보는 은하계 망원경은 과거의 스냅샷입니다.

그는 “할아버지의 오래된 흑백 사진을 찾아 그의 삶을 비디오로 만드는 것과 같다”고 말했다.

이러한 의미에서 연구원들은 우주에서 “젊은” 조상 은하의 스냅샷을 찍은 다음 은하단이 어떻게 형성되는지 연구하기 위해 빠르게 나이를 먹었습니다.

연구원들이 사용한 은하계의 빛은 우리에게 도달하기 위해 110억 광년 떨어진 곳을 여행했습니다.

가장 큰 과제는 대규모 환경을 고려하는 것이었습니다.

“이것은 고립되어 있든 더 큰 구조와 관련이 있든 이러한 구조의 운명에 대해 매우 중요한 것입니다. 환경을 고려하지 않으면 완전히 다른 답을 얻을 수 있습니다. 우리는 큰 – 우리는 전체 시뮬레이션을 가지고 있기 때문에 환경을 지속적으로 고려하고 이것이 우리의 예측이 더 안정적인 이유입니다.”

연구자들이 이 시뮬레이션을 만든 또 다른 중요한 이유는 우주의 물리학을 설명하는 데 사용되는 우주론의 표준 모델을 테스트하기 위해서입니다. 특정 위치에서 구조의 궁극적인 질량과 최종 분포를 예측함으로써 연구자들은 현재 우주에 대한 이해에서 이전에 발견되지 않은 불일치를 밝힐 수 있습니다.

시뮬레이션을 사용하여 연구원들은 세 개의 원시은하 그룹이 이미 존재하고 하나의 구조가 교란되었다는 증거를 찾을 수 있었습니다. 게다가, 그들은 시뮬레이션에서 지속적으로 형성되는 5개의 다른 구조를 식별할 수 있었습니다. 여기에는 오늘날 알려진 가장 크고 오래된 원시 슈퍼클러스터인 Hyperion 원시 슈퍼클러스터가 포함되며, 질량은 우리 질량의 5,000배입니다.[{” 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