Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Vũ trụ có hàng tỷ thiên hà – nhưng sự phân bố của chúng trên không gian không đồng đều. Tại sao chúng ta thấy rất nhiều cấu trúc trong vũ trụ ngày nay và làm thế nào tất cả hình thành và phát triển? Một cuộc khảo sát kéo dài 10 năm với hàng chục ngàn thiên hà đã đưa ra một cách tiếp cận mới để trả lời bí ẩn cơ bản này.
Vũ trụ có hàng tỷ thiên hà – nhưng sự phân bố của chúng trên không gian không đồng đều. Tại sao chúng ta thấy rất nhiều cấu trúc trong vũ trụ ngày nay và làm thế nào tất cả hình thành và phát triển?
Một cuộc khảo sát kéo dài 10 năm với hàng chục ngàn thiên hà được thực hiện bằng Kính thiên văn Magellan Baade tại Đài thiên văn Carnegie Las Campanas ở Chile đã cung cấp một cách tiếp cận mới để trả lời bí ẩn cơ bản này. Kết quả dẫn đầu bởi Daniel Kelson của Carnegie được công bố trên Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia .
“Làm thế nào để bạn mô tả không thể diễn tả?” Kelson hỏi. “Bằng cách thực hiện một cách tiếp cận hoàn toàn mới cho vấn đề.”
“Chiến thuật của chúng tôi cung cấp những hiểu biết mới – và trực quan – về cách lực hấp dẫn thúc đẩy sự phát triển của cấu trúc từ thời kỳ sớm nhất của vũ trụ”, đồng tác giả Andrew Benson nói. “Đây là một thử nghiệm trực tiếp, dựa trên quan sát của một trong những trụ cột của vũ trụ học.”
Khảo sát dịch chuyển đỏ của Carnegie-Spitzer-IMACS được thiết kế để nghiên cứu mối quan hệ giữa sự tăng trưởng của thiên hà và môi trường xung quanh trong 9 tỷ năm qua, khi sự xuất hiện của các thiên hà hiện đại được xác định.
Các thiên hà đầu tiên được hình thành vài trăm triệu năm sau Vụ nổ lớn, khởi đầu vũ trụ như một món súp nóng, âm u của các hạt cực kỳ năng lượng. Khi vật liệu này mở rộng ra bên ngoài từ vụ nổ ban đầu, nó nguội đi và các hạt kết lại thành khí hydro trung tính. Một số miếng vá dày đặc hơn những cái khác và cuối cùng, lực hấp dẫn của chúng đã vượt qua quỹ đạo bên ngoài của vũ trụ và vật chất sụp đổ vào bên trong, tạo thành những khối cấu trúc đầu tiên trong vũ trụ.
Sự khác biệt về mật độ cho phép các cấu trúc cả lớn và nhỏ hình thành ở một số nơi và không phải ở những nơi khác là một chủ đề hấp dẫn từ lâu. Nhưng cho đến nay, các nhà thiên văn học có khả năng mô hình hóa cấu trúc phát triển trong vũ trụ trong 13 tỷ năm qua phải đối mặt với những hạn chế toán học.
Các tương tác hấp dẫn xảy ra giữa tất cả các hạt trong vũ trụ là quá phức tạp để giải thích với toán học đơn giản.
Vì vậy, các nhà thiên văn học đã sử dụng các phép tính gần đúng toán học – làm ảnh hưởng đến độ chính xác của các mô hình của họ – hoặc mô phỏng máy tính lớn mô hình số tất cả các tương tác giữa các thiên hà, nhưng không phải tất cả các tương tác xảy ra giữa tất cả các hạt, được coi là quá phức tạp.
Kelson giải thích: “Mục tiêu chính của cuộc khảo sát của chúng tôi là đếm khối lượng hiện diện của các ngôi sao được tìm thấy trong một lựa chọn khổng lồ của các thiên hà xa xôi và sau đó sử dụng thông tin này để hình thành một cách tiếp cận mới để hiểu cách cấu trúc hình thành trong vũ trụ”.
Nhóm nghiên cứu – bao gồm Louis Abramson của Carnegie, Shannon Patel, Stephen Shectman, Alan Dressler, Patrick McCarthy và John S. Mulchaey, cũng như Rik Williams, giờ là Uber Technologies – lần đầu tiên chứng minh rằng sự tăng trưởng của các cấu trúc nguyên sinh riêng lẻ có thể được tính toán và tính trung bình trên tất cả các không gian.
Làm điều này cho thấy các cụm dày đặc phát triển nhanh hơn, và các cụm ít mật độ phát triển chậm hơn.
Sau đó, họ có thể làm việc lạc hậu và xác định các phân bố ban đầu và tốc độ tăng trưởng của biến động mật độ, cuối cùng sẽ trở thành các cấu trúc quy mô lớn xác định sự phân bố của các thiên hà mà chúng ta thấy ngày nay.
Về bản chất, công việc của họ cung cấp một mô tả đơn giản nhưng chính xác, về lý do và cách biến động mật độ phát triển theo cách họ làm trong vũ trụ thực cũng như trong công việc dựa trên tính toán làm nền tảng cho sự hiểu biết của chúng ta về thời kỳ sơ khai của vũ trụ.
“Và nó thật đơn giản, với sự tao nhã thực sự của nó,” Kelson nói thêm.
Những phát hiện sẽ không thể thực hiện được nếu không có sự phân bổ số lượng đêm quan sát đặc biệt tại Las Campanas.
“Nhiều tổ chức sẽ không có khả năng tự mình thực hiện một dự án thuộc phạm vi này”, Giám đốc Đài quan sát John Mulchaey nói. “Nhưng nhờ có Kính thiên văn Magellan của chúng tôi, chúng tôi đã có thể thực hiện khảo sát này và tạo ra phương pháp mới lạ này để trả lời một câu hỏi kinh điển.”
“Mặc dù không có nghi ngờ rằng dự án này đòi hỏi tài nguyên của một tổ chức như Carnegie, nhưng công việc của chúng tôi cũng không thể xảy ra nếu không có số lượng lớn hình ảnh hồng ngoại bổ sung mà chúng tôi có thể có được tại Kitt Peak và Cerro Tololo, cả hai đều là một phần của Phòng thí nghiệm nghiên cứu thiên văn quang học hồng ngoại quốc gia của NSF, “Kelson nói thêm.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện khoa học Carnegie . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Đa phương tiện liên quan :
Tạp chí tham khảo :