De første resultater af IllustrisTNG-projektet er blevet offentliggjort i tre separate undersøgelser, og de kaster nyt lys over, hvordan sorte huller forme kosmos, og hvordan galakser formes og vokser. IllustrisTNG-projektet fakturerer sig selv som "Den næste generation af kosmologiske hydrodynamiske simuleringer." Projektet er en igangværende serie af massive hydrodynamiske simuleringer af vores univers. Dets mål er at forstå de fysiske processer, der driver dannelsen af galakser.
I hjertet af IllustriousTNG er en moderne moderne numerisk model af universet, der kører på en af de mest magtfulde supercomputere i verden: Hazel Hen-maskinen i High-Performance Computing Center i Stuttgart, Tyskland. Hazel Hen er Tysklands hurtigste computer og den 19. hurtigste i verden.
Vores nuværende kosmologiske model antyder, at universets masse-energitetthed domineres af mørkt stof og mørk energi. Da vi ikke kan observere nogen af disse ting, er den eneste måde at teste denne model på at være i stand til at foretage præcise forudsigelser om strukturen af de ting, vi kan se, såsom stjerner, diffus gas og hæve sorte huller. Disse synlige ting er organiseret i et kosmisk net af ark, filamenter og hulrum. Inde i disse er galakser, som er de grundlæggende enheder i den kosmiske struktur. For at teste vores ideer om galaktisk struktur er vi nødt til at lave detaljerede og realistiske simulerede galakser og derefter sammenligne dem med hvad der er reelt.
Astrofysikere i USA og Tyskland brugte IllustrisTNG til at skabe deres eget univers, som derefter kunne studeres detaljeret. IllustrisTNG korrelerer meget stærkt med observationer af det virkelige univers, men giver forskere mulighed for at se på ting, der er skjult i vores eget univers. Dette har ført til nogle meget interessante resultater indtil videre og hjælper med at besvare nogle store spørgsmål inden for kosmologi og astrofysik.
Lige siden vi har lært, at galakser er vært for supermassive sorte huller (SMBH'er) i deres centre, er det almindeligt blevet antaget, at de har en dyb indflydelse på udviklingen af galakser og muligvis på deres dannelse. Det førte til det åbenlyse spørgsmål: Hvordan påvirker disse SMBH'er galakser, der er vært for dem? Den berømte TNG forsøgte at besvare dette, og papiret fra Dr. Dylan Nelson ved Max Planck Institute for Astrophysics viser, at "den primære driver til galakse-farveovergang er supermassiv feedback i sort hul i dens tilstand med lavt opsving."
"Den eneste fysiske enhed, der er i stand til at slukke stjernedannelsen i vores store elliptiske galakser, er de supermassive sorte huller i deres centre." - Dr. Dylan Nelson, Max Planck Institut for Astrofysik,
Galakser, der stadig er i deres stjernedannende fase, lyser klart i det blå lys fra deres unge stjerner. Så ændrer sig noget, og stjernedannelsen slutter. Derefter domineres galaksen af ældre, røde stjerner, og galaksen slutter sig til en kirkegård fuld af "røde og døde" galakser. Som Nelson forklarer, "Den eneste fysiske enhed, der er i stand til at slukke stjernedannelsen i vores store elliptiske galakser, er de supermassive sorte huller i deres centre." Men hvordan gør de det?
Nelson og hans kolleger tilskriver det supermassive feedback om sort hul i dens tilstand med lavt akkretion. Hvad det betyder er, at når et sort hul fodres, skaber det en vind eller chokbølge, der blæser stjernedannende gas og støv ud af galaksen. Dette begrænser den fremtidige dannelse af stjerner. De eksisterende stjerner ældes og bliver røde, og der dannes få nye blå stjerner.
Man har længe troet, at der dannes store galakser, når mindre galakser slutter sig sammen. Når galaksen bliver større, trækker dens tyngdekraft flere mindre galakser ind i den. Under disse kollisioner rives galakser fra hinanden. Nogle stjerner vil være spredt og vil bo i en glorie omkring den nye, større galakse. Dette skulle give den nyoprettede galakse en svag baggrundsglød af stjernelys. Men dette er en forudsigelse, og disse blege lyser er meget svære at observere.
”Vores forudsigelser kan nu systematisk kontrolleres af observatører.” - Dr. Annalisa Pillepich (Max Planck Institut for Astrofysik)
IllustrisTNG var i stand til at forudsige mere præcist, hvordan denne glød skulle se ud. Dette giver astronomer en bedre idé om, hvad de skal kigge efter, når de prøver at observere denne blege stjernestråle i det virkelige univers. ”Vores forudsigelser kan nu systematisk kontrolleres af observatører,” påpeger Dr. Annalisa Pillepich (MPIA), der ledede en yderligere IllustrisTNG-undersøgelse. ”Dette giver en kritisk test for den teoretiske model for hierarkisk galaksdannelse.”
IllustrisTNG er en igangværende serie af simuleringer. Indtil videre har der været tre IllustrisTNG-kørsler, der hver skaber en større simulering end den foregående. De er TNG 50, TNG 100 og TNG 300. TNG300 er meget større end TNG50 og gør det muligt at undersøge et større område, der afslører ledetråde om storskala-struktur. Selvom TNG50 er meget mindre, har den meget mere præcise detaljer. Det giver os et mere detaljeret kig på de strukturelle egenskaber ved galakser og den detaljerede struktur af gas omkring galakser. TNG100 er et sted i midten.
IllustrisTNG er ikke den første kosmologiske hydrodynamiske simulering. Andre inkluderer Eagle, Horizon-AGN og IllustrisTNGs forgænger, Illustris. De har vist, hvor magtfulde disse forudsigelige teoretiske modeller kan være. Efterhånden som vores computere bliver stærkere, og vores forståelse af fysik og kosmologi vokser sammen med dem, vil disse typer simuleringer give større og mere detaljerede resultater.
