天體物理學家創建「時間機器」模擬以觀察祖先星系城市的生命周期

天體物理學中的許多過程需要很長的時間，這使得它們的演化變得很棘手並難以研究。比如像我們的太陽這樣的恆星擁有約100億年的壽命，而星系的演變則需要數十億年的時間。

天體物理學家處理這個問題的一個方法是通過觀察各種不同的天體來比較它們在不同階段的演變。另外，他們還可以通過觀察遙遠的天體來有效地窺視過去。比如如果我們看的是100億光年外的天體，那麼我們看到的就是它100億年前的樣子。

現在，研究人員首次創建了模擬，從而直接再現了110億年前在遙遠的宇宙中觀察到的一些最大的星系集合的整個生命周期，相關研究報告已於6月2日發表在《Nature Astronomy》上。

宇宙學模擬對於研究宇宙如何成為今天的形狀至關重要，但許多模擬通常都不符合天文學家通過望遠鏡觀察到的情況。大多數的設計只是在統計意義上跟真實的宇宙相匹配。另一方面，受限的宇宙學模擬被設計為直接再現我們在宇宙中實際觀察到的結構。然而大多數現有的這類模擬都被應用於我們的本地宇宙，也就是靠近地球的地方，但從未用於觀測遙遠的宇宙。

由卡夫里宇宙物理與數學研究所項目研究員、這項新研究的論文第一作者Metin Ata和項目助理教授Khee-Gan Lee領導的一個研究小組對大質量星系原生星系團等遙遠的結構表現出興趣，。據悉，這些星系團是當今星系團在能在自身引力下結成團塊之前的祖先。他們發現目前對遙遠的原生星系團的研究有時過於簡單，這意味著它們是用簡單的模型而不是模擬完成的。

Ata表示：「我們想嘗試開發一個真正的遙遠宇宙的完整模擬，以此來看看結構是如何開始和如何結束的。」

他們的成果是COSTCO（COsmos場的約束性模擬）。

Li指出，開發這個模擬很像建造一台時間機器。因為來自遙遠的宇宙的光直到現在才抵達地球，望遠鏡今天觀察到的星系是過去的一個快照。他說道：「這就像找到一張你祖父的黑白老照片，然後創建一個他生活的視頻。」

在這個意義上，研究人員拍攝了宇宙中「年輕」的祖輩星系的快照，然後將它們的年齡快進以研究星系團將如何形成。

研究人員使用的星系的光線經過110億光年的距離到達我們這裡。

最具挑戰性的是將大尺度環境考慮在內。

「這是一個對這些結構的命運非常重要的東西，無論它們是孤立的還是跟一個更大的結構相關聯。如果你不把環境考慮在內，那麼你會得到完全不同的答案，」Ata說道，「我們能一致地考慮到大規模環境，因為我們有一個完整的模擬，這就是為什麼我們的預測更加穩定。」

研究人員創建這些模擬的另一個重要原因是測試宇宙學的標準模型，該模型被用來描述宇宙的物理學。通過預測特定空間內結構的最終質量和最終分布，研究人員可以揭開我們目前對宇宙的理解中以前未被發現的差異。

通過利用他們的模擬，研究人員能找到三個已經公布的星系原生簇的證據並對一個結構不看好。除此之外，他們還能確定另外五個在其模擬中持續形成的結構。這包括Hyperion原超級星系團，這是目前已知的最大和最早的原超級星系團，其質量是我們銀河系的5000倍，研究人員發現它將坍縮成一個3億光年的大型燈絲。

他們的工作已經被應用於其他項目--包括研究星系的宇宙學環境和遙遠類星體的吸收線等等。

據悉，他們的研究細節已於當地時間6月2日發表在《Nature Astronomy》上。

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