Primele rezultate ale proiectului IllustrisTNG au fost publicate în trei studii separate și aruncă o nouă lumină asupra modului în care găurile negre modelează cosmosul și modul în care galaxiile se formează și cresc. Proiectul IllustrisTNG se factură ca „următoarea generație de simulări hidrodinamice cosmologice.” Proiectul este o serie continuă de simulări hidrodinamice masive ale Universului nostru. Scopul său este de a înțelege procesele fizice care conduc formarea galaxiilor.
În inima lui IllustriousTNG se află un model de artă numerică a Universului, care funcționează pe unul dintre cei mai puternici supercomputere din lume: mașina Hazel Hen la Centrul de calcul performant din Stuttgart, Germania. Hazel Hen este cel mai rapid computer din Germania și al 19-lea cel mai rapid din lume.
Modelul nostru cosmologic actual sugerează că densitatea de masă-energie a Universului este dominată de materia întunecată și de energia întunecată. Deoarece nu putem observa niciunul dintre aceste aspecte, singura modalitate de a testa acest model este de a putea face predicții precise despre structura lucrurilor pe care le putem vedea, cum ar fi stele, gaz difuz și găuri negre. Aceste lucruri vizibile sunt organizate într-o rețea cosmică de foi, filamente și goluri. În interiorul acestora se găsesc galaxii, care sunt unitățile de bază ale structurii cosmice. Pentru a testa ideile noastre despre structura galactică, trebuie să realizăm galaxii simulate detaliate și realiste, apoi să le comparăm cu ceea ce este real.
Astrofizicienii din SUA și Germania au folosit IllustrisTNG pentru a crea propriul univers, care ar putea fi apoi studiat în detaliu. IllustrisTNG se corelează foarte mult cu observațiile despre Universul real, dar le permite oamenilor de știință să privească lucrurile care sunt întunecate în propriul nostru Univers. Acest lucru a dus la unele rezultate foarte interesante până în prezent și contribuie la răspuns la unele întrebări mari în cosmologie și astrofizică.
De când am aflat că galaxiile găzduiesc găuri negre supermasive (SMBHs) în centrele lor, s-a crezut pe larg că acestea au o influență profundă asupra evoluției galaxiilor și, eventual, asupra formării lor. Aceasta a dus la întrebarea evidentă: cum influențează aceste SMBH-urile galaxiilor care le găzduiesc? Ilustrul TNG și-a propus să răspundă la acest lucru, iar lucrarea doctorului Dylan Nelson de la Institutul Max Planck pentru Astrofizică arată că „principalul motor al tranziției culorii galaxiei este feedback-ul super-masiv al găurilor negre în starea lui de joasă scădere.”
„Singura entitate fizică capabilă să stingă formația stelară în marile noastre galaxii eliptice sunt găurile negre supermasive din centrele lor.” - Dr. Dylan Nelson, Institutul Max Planck pentru Astrofizică,
Galaxiile care sunt încă în faza lor de formare a stelelor strălucesc puternic în lumina albastră a stelelor lor tinere. Apoi, ceva se schimbă și formarea stelelor se termină. După aceea, galaxia este dominată de stele mai vechi, roșii, iar galaxia se alătură unui cimitir plin de galaxii „roșii și moarte”. După cum explică Nelson, „Singura entitate fizică capabilă să stingă formația stelară în marile noastre galaxii eliptice sunt găurile negre supermasive din centrele lor.” Dar cum fac asta?
Nelson și colegii săi îl atribuie feedback-ului super-masiv al găurii negre, în starea sa de scădere. Ceea ce înseamnă asta este că pe măsură ce o gaură neagră se alimentează, creează o undă de vânt sau de șoc, care suflă gazul și praful formând stele din galaxie. Aceasta limitează viitoarea formare a stelelor. Stelele existente îmbătrânesc și se înroșesc și se formează câteva stele albastre noi.
S-a crezut mult timp că galaxiile mari se formează atunci când galaxii mai mici se alătură. Pe măsură ce galaxia crește, gravitația atrage în ea mai multe galaxii mai mici. În timpul acestor ciocniri, galaxiile sunt sfărâmate. Unele stele vor fi împrăștiate și vor reședința într-un halou din jurul noii galaxii mai mari. Acest lucru ar trebui să ofere galaxiei recent create o strălucire slabă de fundal a luminii stelare. Dar aceasta este o predicție și aceste străluciri palide sunt foarte greu de observat.
„Previziunile noastre pot fi verificate în mod sistematic de către observatori.” - Dr. Annalisa Pillepich (Institutul Max Planck pentru Astrofizică)
IllustrisTNG a putut prezice mai exact cum ar trebui să arate această strălucire. Acest lucru oferă astronomilor o idee mai bună despre ce să caute atunci când încearcă să observe această strălucire stelară palidă în Universul real. „Previziunile noastre pot fi acum verificate în mod sistematic de către observatori”, subliniază Dr. Annalisa Pillepich (MPIA), care a condus un studiu IllustrisTNG. „Acest lucru produce un test critic pentru modelul teoretic al formării ierarhice de galaxie.”
IllustrisTNG este o serie de simulări în curs. Până în prezent, au existat trei rulări IllustrisTNG, fiecare creând o simulare mai mare decât precedenta. Sunt TNG 50, TNG 100 și TNG 300. TNG300 este mult mai mare decât TNG50 și permite studierea unei zone mai mari care dezvăluie indicii despre structura pe scară largă. Deși TNG50 este mult mai mic, are detalii mult mai precise. Ne oferă o privire mai detaliată asupra proprietăților structurale ale galaxiilor și a structurii detaliate a gazelor din jurul galaxiilor. TNG100 este undeva la mijloc.
IllustrisTNG nu este prima simulare hidrodinamică cosmologică. Alții includ predecesorul Eagle, Horizon-AGN și predecesorul IllustrisTNG, Illustris. Au arătat cât de puternice pot fi aceste modele teoretice predictive. Pe măsură ce calculatoarele noastre devin mai puternice și înțelegerea noastră fizică și cosmologie crește odată cu ele, aceste tipuri de simulări vor da rezultate mai mari și mai detaliate.
