Ensimmäiset IllustrisTNG-projektin tulokset on julkaistu kolmessa erillisessä tutkimuksessa, ja ne valaisevat uutta valoa siitä, kuinka mustat aukot muodostavat kosmoksen ja miten galaksit muodostuvat ja kasvavat. IllustrisTNG-projekti laskuttaa itseään seuraavana sukupolven kosmologisina hydrodynaamisina simulaatioina. Projekti on jatkuva sarja maailmankaikkeuden massiivisia hydrodynaamisia simulaatioita. Sen tavoitteena on ymmärtää fyysisiä prosesseja, jotka ohjaavat galaksien muodostumista.
IllustriousTNG: n ytimessä on maailmankaikkeuden huipputeknisin numeerinen malli, joka toimii yhdellä maailman tehokkaimmista supertietokoneista: Hazel Hen -konetta korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelykeskuksessa Stuttgartissa, Saksassa. Hazel Hen on Saksan nopein tietokone ja maailman 19. nopein tietokone.
Nykyinen kosmologinen mallisi viittaa siihen, että maailmankaikkeuden massaenergiatiheydessä hallitsevat tumma aine ja tumma energia. Koska emme voi tarkkailla kumpaakaan näistä asioista, ainoa tapa testata tätä mallia on pystyä tekemään tarkkoja ennusteita näkemämme asioiden rakenteesta, kuten tähdet, hajakaasu ja akkreditoivat mustat aukot. Nämä näkyvät asiat on organisoitu arkkien, säikeiden ja tyhjien alueiden kosmiseen verkkoon. Näiden sisällä ovat galaksit, jotka ovat kosmisen rakenteen perusyksiköitä. Jotta voimme testata ideoitamme galaktisen rakenteen suhteen, meidän on tehtävä yksityiskohtaisia ja realistisia simuloituja galakseja ja verrattava niitä sitten todelliseen.
Yhdysvaltojen ja Saksan astrofyysikot tekivät IllustrisTNG: n avulla oman maailmankaikkeudensa luomiseksi, jota voidaan sitten tutkia yksityiskohtaisesti. IllustrisTNG korreloi erittäin voimakkaasti todellisen maailmankaikkeuden havainnointiin, mutta antaa tutkijoille mahdollisuuden katsoa asioita, jotka ovat piilossa omassa universumissamme. Tämä on johtanut erittäin mielenkiintoisiin tuloksiin toistaiseksi ja auttaa vastaamaan isoihin kosmologian ja astrofysiikan kysymyksiin.
Siitä lähtien kun olemme oppineet, että galaksit isännöivät supermassiivisia mustia reikiä (SMBH) niiden keskuksissa, on yleisesti uskottu, että niillä on syvällinen vaikutus galaksien evoluutioon ja mahdollisesti niiden muodostumiseen. Se johti ilmeiseen kysymykseen: Kuinka nämä SMBH: t vaikuttavat niitä vastaanottaviin galakseihin? Maineikas TNG pyrki vastaamaan tähän, ja Max Planckin astrofysiikan instituutin tohtori Dylan Nelsonin tutkimus osoittaa, että "galaksin värimuutoksen päätekijä on supermassiivinen mustanreiän palaute alhaisen akryytin tilassa".
"Ainoa fyysinen kokonaisuus, joka pystyy sammuttamaan tähtien muodostumisen isoissa elliptisissä galakseissamme, ovat supermassiiviset mustat aukot niiden keskuksissa." - tri Dylan Nelson, Max Planckin astrofysiikan instituutti,
Galaktikot, jotka ovat vielä tähtiä muodostavassa vaiheessa, loistavat kirkkaasti nuortensa tähtien sinisessä valossa. Sitten jotain muuttuu ja tähden muodostuminen loppuu. Sen jälkeen galaksia hallitsevat vanhemmat, punaiset tähdet, ja galaksi liittyy hautausmaalle, joka on täynnä “punaisia ja kuolleita” galakseja. Kuten Nelson selittää: "Ainoa fysikaalinen kokonaisuus, joka pystyy sammuttamaan tähtien muodostumisen isoissa elliptisissä galakseissamme, ovat supermassiiviset mustat aukot niiden keskuksissa." Mutta miten he tekevät sen?
Nelson ja hänen kollegansa omistavat sen supermassiiviselle mustan aukon palautteelle sen matalapitoisessa tilassa. Mitä tämä tarkoittaa, että mustan aukon synnyttyä se luo tuulen tai iskuaallon, joka puhaltaa tähtiä muodostavaa kaasua ja pölyä galaksista. Tämä rajoittaa tähtien muodostumista tulevaisuudessa. Nykyiset tähdet ikääntyvät ja muuttuvat punaisiksi, ja uusia sinisiä tähtiä muodostuu muutama.
On jo kauan ajateltu, että suuret galaksit muodostuvat, kun pienemmät galaksit liittyvät toisiinsa. Kun galaksi kasvaa, sen painovoima vetää siihen pienempiä galakseja. Näiden törmäysten aikana galaksit hajoavat toisistaan. Jotkut tähdet ovat hajallaan, ja asettuvat asumaan halo, uuden, suuremman galaksin ympärillä. Tämän pitäisi antaa äskettäin luodulle galaksille heikko taustavalo. Mutta tämä on ennuste, ja näitä vaaleita hehkuja on erittäin vaikea havaita.
"Tarkkailijat voivat nyt tarkistaa ennusteemme järjestelmällisesti." - tri Annalisa Pillepich (Max Planckin astrofysiikan instituutti)
IllustrisTNG pystyi ennustamaan tarkemmin, millaisen tämän hehkuvan pitäisi näyttää. Tämä antaa tähtitieteilijöille paremman kuvan siitä, mitä kannattaa etsiä, kun he yrittävät tarkkailla tätä vaalean tähtien hehkua todellisessa maailmankaikkeudessa. "Tarkkailijat voivat nyt tarkistaa järjestelmällisesti ennusteemme", tohtori Annalisa Pillepich (MPIA), joka johti uutta IllustrisTNG-tutkimusta. "Tämä antaa kriittisen testin hierarkkisen galaksin muodostumisen teoreettiselle mallille."
IllustrisTNG on käynnissä oleva simulaatiosarja. Toistaiseksi IllustrisTNG-ajoja on ollut kolme, joista jokainen on luonut suuremman simulaation kuin edellinen. Ne ovat TNG 50, TNG 100 ja TNG 300. TNG300 on paljon suurempi kuin TNG50 ja antaa mahdollisuuden tutkia suurempaa aluetta, joka paljastaa vihjeet suuren mittakaavan rakenteesta. Vaikka TNG50 on paljon pienempi, siinä on paljon tarkempia yksityiskohtia. Se antaa meille yksityiskohtaisemman kuvan galaksien rakenteellisista ominaisuuksista ja kaasujen yksityiskohtaisesta rakenteesta galaksien ympärillä. TNG100 on jossain keskellä.
IllustrisTNG ei ole ensimmäinen kosmologinen hydrodynaaminen simulaatio. Muita ovat Eagle, Horizon-AGN ja IllustrisTNG: n edeltäjä Illustris. He ovat osoittaneet, kuinka tehokkaita nämä ennustavat teoreettiset mallit voivat olla. Kun tietokoneemme kasvavat voimakkaammiksi ja ymmärrystämme fysiikasta ja kosmologiasta kasvaa heidän mukanaan, tämäntyyppiset simulaatiot tuottavat entistä parempia ja yksityiskohtaisempia tuloksia.
