Ahli astrofisika telah menciptakan simulasi ‘mesin waktu’ untuk mengamati siklus hidup nenek moyang kota galaksi

Banyak proses dalam astrofisika membutuhkan waktu yang sangat lama, sehingga sulit untuk mempelajari evolusinya. Misalnya, bintang seperti matahari kita berusia sekitar 10 miliar tahun dan galaksi berevolusi selama miliaran tahun.

Salah satu cara astrofisikawan mendekati ini adalah dengan melihat objek yang berbeda untuk membandingkannya pada tahap perkembangan yang berbeda. Mereka juga dapat melihat objek yang jauh untuk melihat ke belakang secara efektif, karena lamanya waktu yang dibutuhkan cahaya untuk mencapai teleskop kita. Misalnya, jika kita melihat sebuah objek yang berjarak 10 miliar tahun cahaya, kita melihatnya seperti 10 miliar tahun yang lalu.

Sekarang, untuk pertama kalinya, para peneliti telah menciptakan simulasi yang menciptakan kembali siklus hidup penuh dari beberapa kelompok galaksi terbesar yang diamati di alam semesta yang jauh 11 miliar tahun yang lalu, menurut sebuah studi baru yang diterbitkan 2 Juni 2022 di jurnal. astronomi alam.

Simulasi kosmik sangat penting untuk mempelajari bagaimana alam semesta menjadi seperti sekarang ini, tetapi banyak dari mereka biasanya tidak cocok dengan apa yang diamati para astronom melalui teleskop. Sebagian besar dirancang untuk mencocokkan alam semesta nyata hanya dalam arti statistik. Di sisi lain, simulasi kosmik terbatas dirancang untuk mereproduksi struktur yang sebenarnya kita amati di alam semesta. Namun, sebagian besar simulasi jenis ini saat ini telah diterapkan pada alam semesta lokal kita, yang berarti ia dekat dengan Bumi, tetapi tidak pernah diterapkan pada pengamatan alam semesta yang jauh.

Sebuah tim peneliti, yang dipimpin oleh peneliti Institut Fisika dan Matematika Kavli dari Project Universe dan penulis pertama Metin Ata dan profesor rekanan proyek Khe-Jan Lee, tertarik pada struktur jauh seperti gugus galaksi masif, yang merupakan nenek moyang hari ini. Gugus galaksi sebelum mereka menyatu di bawah pengaruh gravitasi mereka. Mereka menemukan bahwa studi saat ini tentang kluster primordial jauh terkadang terlalu disederhanakan, artinya studi tersebut dilakukan dengan menggunakan model sederhana daripada simulasi.

Tangkapan layar dari simulasi menunjukkan (atas) distribusi materi yang sesuai dengan distribusi galaksi yang diamati dalam waktu perjalanan cahaya 11 miliar tahun (ketika alam semesta baru berusia 2,76 miliar tahun atau 20% dari usianya saat ini), dan (bawah ) distribusi materi di wilayah yang sama setelah 11 miliar tahun. Sekitar satu miliar tahun cahaya. Kredit: Ata dkk.

“Kami ingin mencoba mengembangkan simulasi lengkap dari alam semesta nyata yang jauh untuk melihat bagaimana struktur dimulai dan bagaimana mereka berakhir,” kata Atta.

Hasilnya adalah COSTCO (Cosmos Constrained Field Simulation).

Dia mengatakan kepada saya bahwa mengembangkan simulasi sangat mirip dengan membangun mesin waktu. Karena cahaya dari alam semesta yang jauh hanya mencapai Bumi sekarang, teleskop galaksi yang Anda lihat hari ini adalah potret masa lalu.

“Ini seperti menemukan foto hitam putih tua kakekmu dan membuat video kehidupannya,” katanya.

Dalam hal ini, para peneliti mengambil snapshot dari galaksi leluhur “muda” di alam semesta dan kemudian dengan cepat meningkatkan usia mereka untuk mempelajari bagaimana gugus galaksi terbentuk.

Cahaya dari galaksi yang digunakan para peneliti menempuh jarak 11 miliar tahun cahaya untuk mencapai kita.

Tantangan terbesar adalah mempertimbangkan lingkungan berskala besar.

“Ini adalah hal yang sangat penting untuk nasib struktur tersebut apakah mereka terisolasi atau terkait dengan struktur yang lebih besar. Jika Anda tidak memperhitungkan lingkungan, Anda akan mendapatkan jawaban yang sama sekali berbeda. Kami telah mampu mengambil yang besar -skala lingkungan diperhitungkan terus-menerus, karena kami memiliki simulasi penuh, dan itulah sebabnya prediksi kami lebih stabil.”

Alasan penting lainnya mengapa peneliti membuat simulasi ini adalah untuk menguji Model Standar kosmologi, yang digunakan untuk menggambarkan fisika alam semesta. Dengan memprediksi massa akhir dan distribusi akhir struktur di lokasi tertentu, para peneliti dapat mengungkap inkonsistensi yang sebelumnya belum ditemukan dalam pemahaman kita saat ini tentang alam semesta.

Menggunakan simulasi mereka, para peneliti dapat menemukan bukti bahwa tiga kelompok protogalaksi sudah ada, dan satu struktur terganggu. Selanjutnya, mereka mampu mengidentifikasi lima struktur lain yang terus-menerus terbentuk dalam simulasi mereka. Ini termasuk proto-supercluster Hyperion, proto-supercluster terbesar dan tertua yang dikenal saat ini yang memiliki massa 5.000 kali massa kita.[{” 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