Simulacija 'vremenske mašine' bi mogla da otkrije tajne kosmičke mreže koja povezuje univerzum

Kada svetlost iz perioda ranog univerzuma stigne do Zemlje, ona predstavlja jeziv snimak drevnih zvezda i galaksija koje su odavno umrle ili su poprimile različite oblike tokom milijardu godina.

Iako ne možemo direktno da predvidimo budućnost ovih nebeskih tela, naučnici su sada shvatili kako da urade sledeću najbolju stvar, tako što će “premotati” simulaciju kosmičke mreže, strukture velikih razmera koja od pre 11 milijardi godina povezuje univerzum, sve do danas, izveštava nova studija.

Na ovaj način, istraživači predvođeni Metinom Atom, kosmologom sa Kavli instituta za fiziku i matematiku univerzuma Univerziteta u Tokiju, su uspeli da razotkriju dugoročnu evoluciju džinovskih galaktičkih klastera po principu “mašine za put kroz vreme”, prema rečima autora.

Nova tehnika je omogućila ovom timu da “premota simulaciju do današnjeg dana i da samosledno proučava evoluciju uočenih kosmičkih struktura”  otkrivajući da se bar jedno od ovih drevnih protoklastera verovatno sručilo u ogromnu kosmičku mrežu filament koja obuhvata 300 miliona svetlosnih godina, navodi se u studiji objavljenoj u Nature Astronomy u četvrtak.

Ovi rezultati takođe pružaju sredstva za testiranje standardnog modela kosmologije, takođe poznatog kao Lambda hladna tamna materija (LHTM), što je dobro potkrepljen okvir za objašnjenje čudnih svojstava univerzuma, uključujući postojanje tamne materije, neobjašnjive supstance daleko bogatije od “barionske” materije

“Razumevanje formiranja velikih struktura u Univerzumu, počevši od sitnih fluktuacija u gustini materije, a koje potom i naknadno evoluiraju gravitaciono  u složenu kosmičku mrežu koja se vidi u sadašnjoj epohi, jeste ključna ambicija kosmološke nauke,” naveli su Ata i njegove kolege u studiji 

“Kao gravitaciono evoluirajući objekti, protoklasteri su idealni posmatrači za proučavanje ranog formiranja strukture i upoređivanje sa teorijskim predviđanjima” nastavili su, dodajući da su oni “odlične laboratorije za zajedničko proučavanje interakcije između barionske fizike i modela tamne materije”.

Većina kosmoloških simulacija odgovara opštoj statističkoj distribuciji materije širom univerzuma, umesto da reprodukuje  bilo kakve specifične kosmičke strukture koje možemo da vidimo sa Zemlje. Međutim, potkategorija ovih modela, poznata kao ograničene  kosmološke simulacije, oponaša stvarna zapažanja, iako nova studija napominje da su “uglavnom fokusirani na bliži univerzum ili okolne strukture”,  ne na daleki drevni univerzum koji se naziva još i univerzumom “visokog crvenog pomaka” jer se svetlosni talasi ovog vremena rastežu u crvenije trake spektra.

Spajanjem ograničenih kosmoloških simulacija sa Istraživanjem kosmološke evolucije svemirskog teleskopa Habl (COSMOS), Atin tim je iskoristio, ono što nazivaju “jedinstvenom prilikom za proučavanje ranog formiranja strukture i usklađivanje svojstava galaksije” između drevnog i modernog univerzuma, navodi se u studiji.

“Nastojanje da se pronađu i okarakterišu protoklasteri je živo polje u razvoju” navode istraživači. “COSMOS polje je odlično mesto za ovo, jer je pokriveno dubokim i koordinisanim posmaranjima više talasnih dužina u širokom polju” koje su “prikladne za proučavanje protoklastera”

“Do ove tačke nije bilo jednoobrazne i samosledne studije posvećene ovim strukturama na polju COSMOS-a” nastavio je tim “Mi se bavimo ovim problemom ograničenim simulacijama prema bogatom nasleđu spektroskopskih istraživanja velikih razmera koja su sprovedena na polju COSMOS-a tokom skoro decenije, postižući kosmičku zapreminu i gustinu bez premca bilo gde na nebu”

Drugim rečima, istraživači su pogledali prave protoklastere koji su postojali pre 11 milijardi godina i okrenuli sat unapred u svojim ograničenim simulacijama. Od posebnog interesa bila je sudbina protoklastera Hiperion, najveće strukture te vrste tokom kosmičke zore, koju je tim u svojoj studiji nazvao “predmetom javne i naučne radoznalosti”. Dok su neki naučnici spekulisali da bi se ova ogromna izdužena struktura sručila u jedno masovno jato galaksija, Ata i njegove kolege sugerišu da je evoluirala u džinovski filamentni superklaster unutar kosmičke mreže, u koji je ugrađeno više masivnih jezgara klastera.

“Možemo potvrditi da će se nekoliko prethodno uočenih protoklastera do naše sadašnje epohe razviti u masivne klastere galaksija, uključujući strukturu Hiperion za koju predviđamo da će se sručiti u ogromni filamentni superklaster koji se prostire na 100 [megaparseka]”, odnosno 300 miliona svetlosnih godina, navedeno je u studiji “takođe otkrivamo ranije nepoznate protoklastere sa nižim konačnim masama od onih koje se obično mogu detektovati drugim metodama koje skoro udvostručuju broj poznatih protoklastera u ovoj količini.”

Ove strukture velikih razmera koje pokrivaju kosmičku mrežu su uglavnom napravljene od tamne materije, koja je uočljiva samo zbog njenog gravitacionog efekta nna svetleće objekte napravljene od obične barionske materije. Kao rezultat toga simulacije koje je pokrenula nova sudija mogu pomoći u rasvetljavanju prirode tamne materije tako što će ucrtati tok njene kosmičke distribucije kroz vreme, pružajući ključni test LHTM modela.

“Ograničene simulacije ovih predstojećih istraživanja galaksija sa visokim crvenim pomakom  će nam takođe omogućiti da ispitamo ranu formaciju strukture radi konzistentnosti sa LHTM modelom sa povećanjem osetljivosti na galaksije (proto)klastera sa manjom masom” naveli su istraživači u studiji.

Svaki identifikovani protoklaster predstavlja jedinstveno okruženje za proučavanje morfologije i stope spajanja galaksija članica u okruženjima visoke gustine” u random univerzumu, zaključili su “što je do sada moguće samo u teorijskim studijama ili nasumičnim kosmološkim situacijama.”