Voor het eerst hebben onderzoekers simulaties gemaakt die de volledige levenscyclus van enkele van de grootste verzamelingen sterrenstelsels die 11 miljard jaar geleden in het verre heelal zijn waargenomen, rechtstreeks nabootsen, meldt een nieuwe studie in Nature Astronomy .

Kosmologische simulaties zijn cruciaal om te bepalen hoe het universum de vorm heeft gekregen die het nu is, maar veel komen niet overeen met wat astronomen door telescopen waarnemen. De meeste zijn ontworpen om alleen in statistische zin overeen te komen met het echte universum. Aan de andere kant zijn beperkte kosmologische simulaties ontworpen om de structuren die we daadwerkelijk waarnemen direct te reproduceren. De meeste bestaande simulaties van dit soort zijn echter toegepast op ons lokale heelal, dat wil zeggen dicht bij de aarde, maar nooit voor waarnemingen van het verre heelal.

Een team van onderzoekers, geleid door Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe Project Researcher en eerste auteur Metin Ata en Project Assistant Professor Khee-Gan Lee, waren geïnteresseerd in verre structuren zoals massieve melkwegprotoclusters, die voorouders zijn van de huidige melkwegclusters voordat ze onder hun eigen zwaartekracht konden samenklonteren. Ze ontdekten dat de huidige studies van verre protoclusters soms te eenvoudig waren, wat betekent dat ze werden gedaan met eenvoudige modellen en niet met simulaties.

"We wilden proberen een volledige simulatie van het echte verre universum te ontwikkelen om te zien hoe structuren begonnen en hoe ze eindigden", zei Ata.

Hun resultaat was COSTCO (COnstrained Simulations of The COsmos Field).

Lee zei dat het ontwikkelen van de simulatie veel leek op het bouwen van een tijdmachine. Omdat licht van het verre heelal de aarde nu pas bereikt, zijn de sterrenstelsels die telescopen tegenwoordig waarnemen een momentopname van het verleden.

"Het is alsof je een oude zwart-witfoto van je grootvader vindt en een video van zijn leven maakt", zei hij.

In die zin namen de onderzoekers snapshots van "jonge" grootouderstelsels in het universum en spoelden vervolgens hun leeftijd vooruit om te bestuderen hoe clusters van sterrenstelsels zouden ontstaan.

Het licht van sterrenstelsels die de onderzoekers gebruikten, legde een afstand van 11 miljard lichtjaar af om ons te bereiken.

De grootste uitdaging was om rekening te houden met de grootschalige omgeving.

"Dit is iets dat heel belangrijk is voor het lot van die structuren, of ze nu geïsoleerd zijn of geassocieerd zijn met een grotere structuur. Als je geen rekening houdt met de omgeving, krijg je heel andere antwoorden. We konden de grote schaal consequent rekening met de omgeving, omdat we een volledige simulatie hebben en daarom is onze voorspelling stabieler", aldus Ata.

Een andere belangrijke reden waarom de onderzoekers deze simulaties hebben gemaakt, was om het standaardmodel van de kosmologie te testen, dat wordt gebruikt om de fysica van het universum te beschrijven. Door de uiteindelijke massa en uiteindelijke verdeling van structuren in een bepaalde ruimte te voorspellen, zouden onderzoekers eerder onopgemerkte discrepanties in ons huidige begrip van het universum kunnen onthullen.

Met behulp van hun simulaties konden de onderzoekers bewijs vinden van drie reeds gepubliceerde protoclusters van sterrenstelsels en één structuur afkeuren. Bovendien konden ze nog vijf andere structuren identificeren die zich consequent in hun simulaties vormden. Dit omvat de Hyperion proto-supercluster, de grootste en vroegste proto-supercluster die we vandaag kennen en die 5.000 keer de massa van ons Melkwegstelsel heeft, waarvan de onderzoekers ontdekten dat het zal instorten tot een grote gloeidraad van 300 miljoen lichtjaar.

Hun werk wordt al toegepast op andere projecten, waaronder die om de kosmologische omgeving van sterrenstelsels te bestuderen en absorptielijnen van verre quasars om er maar een paar te noemen.

Details van hun studie zijn gepubliceerd in Nature Astronomy op 2 juni. + Verder verkennen

Wetenschappers onthullen meest nauwkeurige virtuele weergave van het universum