Първите резултати от проекта IllustrisTNG са публикувани в три отделни проучвания и те хвърлят нова светлина върху това как черните дупки оформят Космоса и как галактиките се формират и растат. Проектът IllustrisTNG се представя като „Следващото поколение космологични хидродинамични симулации.“ Проектът е продължаваща серия от масивни хидродинамични симулации на нашата Вселена. Целта му е да разбере физическите процеси, които движат образуването на галактики.
В основата на IllustriousTNG е състоянието на най-съвременния числен модел на Вселената, работещ на един от най-мощните суперкомпютри в света: машината Hazel Hen в Високопроизводителния изчислителен център в Щутгарт, Германия. Hazel Hen е най-бързият компютър в Германия и 19-ият най-бърз в света.
Нашият настоящ космологичен модел предполага, че плътността на масата-енергия на Вселената е доминирана от тъмната материя и тъмната енергия. Тъй като не можем да наблюдаваме нито едно от тези неща, единственият начин да тестваме този модел е да можем да правим точни прогнози за структурата на нещата, които можем да видим, като звезди, дифузен газ и натрупване на черни дупки. Тези видими неща са организирани в космическа мрежа от листове, нишки и празнини. Вътре това са галактики, които са основните единици на космическата структура. За да тестваме идеите си за галактическа структура, трябва да направим подробни и реалистични симулирани галактики, след което да ги сравним с реалните.
Астрофизиците в САЩ и Германия използваха IllustrisTNG, за да създадат своя собствена вселена, която след това можеше да бъде изучена подробно. IllustrisTNG корелира много силно с наблюденията на реалната Вселена, но позволява на учените да разгледат нещата, които са затъмнени в нашата собствена Вселена. Това доведе до някои много интересни резултати досега и помага да се отговори на някои големи въпроси в космологията и астрофизиката.
Откакто научихме, че галактиките са домакини на свръхмасивни черни дупки (SMBHs) в техните центрове, широко се смята, че те имат дълбоко влияние върху еволюцията на галактиките и вероятно върху тяхното формиране. Това доведе до очевидния въпрос: Как тези SMBH влияят на галактиките, които ги приемат? Известен TNG се стреми да отговори на това, а статията на д-р Дилън Нелсън от Института за астрофизика „Макс Планк“ показва, че „основният двигател на прехода на цветовете на галактиката е свръхмасивна обратна връзка в черния отвор в неговото състояние с ниско натрупване“.
"Единственото физическо образувание, способно да гаси образуването на звезди в големите ни елиптични галактики, са супермасивните черни дупки в техните центрове." - Д-р Дилън Нелсън, Институт за астрофизика Макс Планк,
Галактиките, които все още са във фазата си на звезда, светят ярко в синята светлина на младите им звезди. Тогава нещо се променя и образуването на звезди приключва. След това галактиката е доминирана от по-стари, червени звезди и галактиката се присъединява към гробището, пълно с „червени и мъртви“ галактики. Както Нелсън обяснява, "Единственото физическо образувание, способно да гаси образуването на звезди в големите ни елиптични галактики, са супермасивните черни дупки в техните центрове." Но как го правят?
Нелсън и неговите колеги го приписват на свръхмасивна обратна връзка с черни дупки в неговото състояние с ниско натрупване. Това означава, че когато черната дупка се храни, тя създава вятър или ударна вълна, която изпуска газ и прах, образуващи звезди, от галактиката. Това ограничава бъдещото образуване на звезди. Съществуващите звезди остаряват и стават червени, а няколко нови сини звезди се оформят.
Отдавна се смята, че големи галактики се образуват, когато се присъединят по-малки галактики. С увеличаването на галактиката нейната гравитация привлича повече по-малки галактики в нея. По време на тези сблъсъци галактиките се разкъсват. Някои звезди ще бъдат разпръснати и ще пребивават в ореол около новата, по-голяма галактика. Това трябва да даде на новосъздадената галактика бледо фоново сияние от звездна светлина. Но това е прогноза и тези бледи сияния са много трудни за наблюдение.
„Нашите прогнози вече могат систематично да се проверяват от наблюдатели.“ - д-р Аналиса Пилепич (Институт за астрофизика Макс Планк)
IllustrisTNG успя да предвиди по-точно как трябва да изглежда този блясък. Това дава на астрономите по-добра представа какво да търсят, когато се опитват да наблюдават това бледо звездно сияние в реалната Вселена. „Нашите прогнози вече могат да бъдат систематично проверявани от наблюдатели“, подчертава д-р Аналиса Пилепих (MPIA), която ръководи допълнително проучване IllustrisTNG. „Това дава критичен тест за теоретичния модел на образуване на йерархична галактика.“
IllustrisTNG е продължаваща серия от симулации. Досега има три старта на IllustrisTNG, всеки от които създава по-голяма симулация от предишната. Те са TNG 50, TNG 100 и TNG 300. TNG300 е много по-голям от TNG50 и позволява да се изследва по-голяма площ, което разкрива улики за мащабна структура. Въпреки че TNG50 е много по-малък, той има много по-прецизни детайли. Той ни дава по-подробен поглед върху структурните свойства на галактиките и подробната структура на газа около галактиките. TNG100 е някъде по средата.
IllustrisTNG не е първата космологична хидродинамична симулация. Други включват Eagle, Horizon-AGN и предшественикът на IllustrisTNG, Illustris. Те показаха колко мощни могат да бъдат тези теоретични теоретични модели. Тъй като нашите компютри стават все по-мощни и нашето разбиране за физика и космология нараства заедно с тях, тези видове симулации ще дадат по-големи и по-подробни резултати.
