为研究祖先星系团的生命周期而创建的“时间机器”模拟

模拟的屏幕截图显示(上)在 110 亿年的光传播时间(当时宇宙只有 27.6 亿年或当前年龄的 20%)与观测到的星系分布相对应的物质分布,以及(下) 110亿光年之后或对应于我们现在的时间在同一区域内的物质分布。 信用:Ata 等人。

《自然天文学》的一项新研究报告称,研究人员首次创建了模拟,直接重现了 110 亿年前在遥远宇宙中观察到的一些最大星系群的完整生命周期。

宇宙学模拟对于确定宇宙怎样变成今天的形状至关重要,但许多模拟通常与天文学家通过望远镜观察到的不符。 大多数设计仅在统计意义上与真实宇宙相匹配。 另一方面,受约束的宇宙学模拟旨在直接再现我们实际观察到的结构。 然而,大多数现有的此类模拟已应用于我们当地的宇宙,这意味着 close 到地球,但从不用于观察遥远的宇宙。

由 Kavli 宇宙物理和数学研究所项目研究员、第一作者 Metin Ata 和项目助理教授 Khee-Gan Lee 领导的一组研究人员对遥远的结构感兴趣,例如大质量星系原星团,它们是当今的祖先星系团在它们自己的引力下聚集之前。 他们发现目前对遥远原星团的研究有时过于简单,这意味着它们是用简单的模型而不是模拟来完成的。

“我们想尝试开发对真实遥远宇宙的完整模拟,以了解结构怎样开始以及它们怎样结束,”Ata 说。

他们的结果是 COSTCO(COsmos 场的约束模拟)。

Lee 说开发模拟很像建造一台时间机器。 因为来自遥远宇宙的光现在才到达地球,望远镜今天观察到的星系是过去的快照。

“这就像找到一张你祖父的旧黑白照片并制作他的生活视频,”他说。

从这个意义上说,研究人员拍摄了宇宙中“年轻”的祖父母星系的快照,然后快进他们的年龄来研究星系团是怎样形成的。

研究人员使用的来自星系的光经过 110 亿光年的距离到达我们。

最具挑战性的是考虑到大规模环境。

“这对于这些结构的命运非常重要,无论它们是孤立的还是与更大的结构相关联。如果你不考虑环境,那么你会得到完全不同的答案。我们能够采取大始终将规模环境考虑在内,因为我们有完整的模拟,这就是为什么我们的预测更加稳定,”Ata 说。

研究人员创建这些模拟的另一个重要原因是测试用于描述宇宙物理的宇宙学标准模型。 通过预测给定空间中结构的最终质量和最终分布,研究人员可以揭示我们当前对宇宙的理解中以前未被发现的差异。

使用他们的模拟,研究人员能够找到三个已经发表的星系原星团的证据,并且不喜欢一个结构。 最重要的是,他们能够识别出另外五个在模拟中始终形成的结构。 这包括 Hyperion 原超星系团,这是目前已知的最大和最早的原超星系团,其质量是我们银河系质量的 5000 倍,研究人员发现它将坍缩成一个 3 亿光年的大灯丝。

他们的工作已经应用于其他项目,包括研究星系的宇宙环境,以及遥远类星体的吸收线等等。

他们的研究详情于 6 月 2 日发表在《自然天文学》上。