ينشئ علماء الفلك عمليات محاكاة “آلة الزمن” لمراقبة دورة حياة مدن المجرات الأسلاف

تستغرق العديد من العمليات في الفيزياء الفلكية وقتًا طويلاً جدًا ، مما يجعل دراسة تطورها أمرًا صعبًا. على سبيل المثال ، يبلغ عمر نجم مثل شمسنا حوالي 10 مليارات سنة وتتشكل المجرات في مليارات السنين.

إحدى الطرق التي يتعامل بها علماء الفلك مع هذا هي مقارنة أجسام مختلفة في مراحل مختلفة من التطور. نظرًا لطول الوقت الذي يقطعه الضوء للوصول إلى تلسكوباتنا ، يمكنهم رؤية الأشياء البعيدة. على سبيل المثال ، إذا نظرنا إلى جسم يبعد 10 مليارات سنة ضوئية ، فإننا نراه كما كان قبل 10 مليارات سنة.

الآن ، ولأول مرة ، ابتكر الباحثون عمليات محاكاة تعيد إنشاء دورة الحياة الكاملة لبعض أكبر المجرات الموجودة في الكون البعيد منذ 11 مليار سنة ، وفقًا لدراسة جديدة نُشرت في المجلة في 2 يونيو 2022. علم الفلك الطبيعي.

تعد عمليات المحاكاة الكونية مهمة اليوم في دراسة كيفية تشكل الكون ، لكن العديد من علماء الفلك لا يناسبون بشكل عام ما يرصدونه بالتلسكوبات. تم تصميم معظمها لتناسب الكون الحقيقي فقط بالمعنى الإحصائي. من ناحية أخرى ، تم تصميم عمليات المحاكاة الكونية الخاضعة للرقابة لإعادة إنشاء الهياكل التي نلاحظها بالفعل في الكون. ومع ذلك ، تم تطبيق معظم عمليات المحاكاة من هذا النوع على كوننا المحلي ، أي بالقرب من الأرض ، ولكن لم يتم استخدامها أبدًا لرصد الأكوان البعيدة.

كان فريق من الباحثين بقيادة Medin Atta ، باحث المشروع والمؤلف الأول في معهد Cowley للفيزياء والرياضيات في الكون ، والأستاذ المساعد في المشروع Kee-Kan Lee ، مهتمين بالبنى البعيدة مثل العناقيد المجرية الضخمة التي هي أسلاف اليوم. قبل أن تتراكم المجرات تحت تأثير جاذبيتها. وجدوا أن الدراسات الحالية للعناقيد الأولية البعيدة كانت مبالغًا فيها في بعض الأحيان ، أي لم يتم إجراؤها باستخدام نماذج ومحاكاة بسيطة.

لقطات من محاكاة (أعلى) توزيع جسم مشابه لرصد المجرة الذي لوحظ أثناء السفر الخفيف لمدة 11 مليار سنة (عندما كان الكون 2.76 مليار سنة أو 20٪ من عمره الحالي) ، و (أقل) 11 مليار سنة ضوئية بعد أو مجرد توزيع المادة في نفس المنطقة. الائتمان: عطا وآخرون.

قال عطا: “نريد أن نحاول إنشاء محاكاة كاملة للكون الحقيقي البعيد ، لنرى كيف بدأت الهياكل وكيف انتهت”.

نتيجتهم هي COSTCO (محاكاة مقيدة لحقل الكون).

قال لي إن إنشاء المحاكاة يشبه بناء آلة الزمن. مع وصول ضوء الكون البعيد إلى الأرض الآن ، فإن تلسكوبات المجرات هي لقطة من الماضي.

قال: “الأمر أشبه بالعثور على صورة قديمة بالأبيض والأسود لجدك وتصوير فيديو لحياته”.

وبهذا المعنى ، أخذ الباحثون لقطات من مجرات الأجداد “الصغار” في الكون ثم أرسلوا أعمارهم بسرعة لدراسة كيفية تشكل مجموعات المجرات.

قطع الضوء من المجرة الذي استخدمه الباحثون 11 مليار سنة ضوئية للوصول إلينا.

من الصعب للغاية مراعاة البيئة واسعة النطاق.

وقال عطا: “سواء كانت هذه الهياكل معزولة أو مرتبطة بهيكل أكبر أمر مهم للغاية لمصيرها. إذا لم تأخذ البيئة في الحسبان ، فستحصل على ردود مختلفة تمامًا.

https://www.youtube.com/watch؟v=HEWNYBfrk8M

سبب مهم آخر للباحثين لإنشاء هذه المحاكاة هو اختبار النموذج الكوني الساكن المستخدم لوصف فيزياء الكون. من خلال توقع الكتلة النهائية والتوزيع النهائي للهياكل في مكان معين ، يمكن للباحثين الكشف عن تناقضات لم يتم اكتشافها سابقًا في فهمنا الحالي للكون.

باستخدام عمليات المحاكاة الخاصة بهم ، تمكن الباحثون من العثور على دليل على وجود ثلاث مجموعات مجرية أولية تم نشرها بالفعل ودحض بنية. علاوة على ذلك ، تمكنوا من تحديد خمسة هياكل أخرى تتطور باستمرار في عمليات المحاكاة الخاصة بهم. وهذا يشمل Hyperion Proto-Supercluster ، أكبر وأقدم مجموعة Proto-Supercluster المعروفة اليوم ، والتي تزن 5000 ضعف وزننا.[{” 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