De første resultatene fra IllustrisTNG-prosjektet er publisert i tre separate studier, og de kaster nytt lys over hvordan sorte hull former kosmos, og hvordan galakser former seg og vokser. IllustrisTNG-prosjektet regner seg som "Den neste generasjonen kosmologiske hydrodynamiske simuleringer." Prosjektet er en pågående serie med massive hydrodynamiske simuleringer av universet vårt. Målet er å forstå de fysiske prosessene som driver dannelsen av galakser.
I hjertet av IllustriousTNG er en moderne moderne numerisk modell av universet som kjører på en av de kraftigste superdatamaskinene i verden: Hazel Hen-maskinen på High-Performance Computing Center i Stuttgart, Tyskland. Hazel Hen er Tysklands raskeste datamaskin, og den 19. raskeste i verden.
Vår nåværende kosmologiske modell antyder at massenergitettheten til universet domineres av mørk materie og mørk energi. Siden vi ikke kan observere noen av disse tingene, er den eneste måten å teste denne modellen på å være i stand til å komme med presise forutsigelser om strukturen til de tingene vi kan se, for eksempel stjerner, diffus gass og tildekking av sorte hull. Disse synlige tingene er organisert i et kosmisk nett av ark, filamenter og tomrom. Inne i dette er galakser, som er de grunnleggende enhetene i kosmisk struktur. For å teste ideene våre om galaktisk struktur, må vi lage detaljerte og realistiske simulerte galakser og deretter sammenligne dem med det som er reelt.
Astrofysikere i USA og Tyskland brukte IllustrisTNG for å lage sitt eget univers, som deretter kunne studeres i detalj. IllustrisTNG korrelerer veldig sterkt med observasjoner av det virkelige universet, men lar forskere se på ting som er skjult i vårt eget univers. Dette har ført til noen veldig interessante resultater så langt, og er med på å svare på noen store spørsmål innen kosmologi og astrofysikk.
Helt siden vi har fått vite at galakser er vert for supermassive sorte hull (SMBH-er) i sine sentre, har det blitt antatt at de har en dyp innflytelse på galaksenes utvikling og muligens på deres dannelse. Det har ført til det åpenbare spørsmålet: Hvordan påvirker disse SMBH-ene galaksene som er vert for dem? Den berømte TNG tok sikte på å svare på dette, og papiret fra Dr. Dylan Nelson ved Max Planck Institute for Astrophysics viser at "den primære driveren for galaksefargeovergang er supermassiv tilbakemelding av svart hull i sin lave akkresjonstilstand."
"Den eneste fysiske enheten som er i stand til å slukke stjernedannelsen i våre store elliptiske galakser, er de supermassive sorte hullene i sentrum." - Dr. Dylan Nelson, Max Planck Institute for Astrophysics,
Galakser som fremdeles er i den stjernedannende fasen, skinner sterkt i det blå lyset fra de unge stjernene. Så endres noe og stjernedannelsen slutter. Etter det blir galaksen dominert av eldre, røde stjerner, og galaksen blir med på en gravplass full av "røde og døde" galakser. Som Nelson forklarer: "Den eneste fysiske enheten som er i stand til å slukke stjernedannelsen i våre store elliptiske galakser, er de supermassive sorte hullene i deres senter." Men hvordan gjør de det?
Nelson og kollegene tilskriver det supermassive svarthulls-tilbakemeldinger i tilstanden med lavt akkresjon. Det det betyr er at når et svart hull mater, skaper det en vind eller sjokkbølge, som blåser stjernedannende gass og støv ut av galaksen. Dette begrenser den fremtidige dannelsen av stjerner. De eksisterende stjernene eldes og blir røde, og få nye blå stjerner dannes.
Man har lenge trodd at store galakser dannes når mindre galakser blir med. Når galaksen blir større, trekker dens tyngdekraft flere mindre galakser inn i den. Under disse kollisjonene blir galakser revet fra hverandre. Noen stjerner vil være spredt, og vil bo i en glorie rundt den nye, større galaksen. Dette skal gi den nyopprettede galaksen en svak bakgrunnsglød av stjernelig lys. Men dette er en prediksjon, og disse bleke glødene er veldig vanskelige å observere.
"Våre spådommer kan nå systematisk sjekkes av observatører." - Dr. Annalisa Pillepich (Max Planck Institute for Astrophysics)
IllustrisTNG klarte å forutsi mer nøyaktig hvordan denne gløden skulle se ut. Dette gir astronomer en bedre ide om hva de skal se etter når de prøver å observere denne bleke stjernestrålingen i det virkelige universet. "Våre spådommer kan nå systematisk sjekkes av observatører," påpeker Dr. Annalisa Pillepich (MPIA), som ledet en videre IllustrisTNG-studie. "Dette gir en kritisk test for den teoretiske modellen for hierarkisk galaksedannelse."
IllustrisTNG er en pågående serie av simuleringer. Så langt har det vært tre IllustrisTNG-kjøringer, som hver skaper en større simulering enn den forrige. De er TNG 50, TNG 100 og TNG 300. TNG300 er mye større enn TNG50 og gjør det mulig å studere et større område som avslører ledetråder om storstilt struktur. Selv om TNG50 er mye mindre, har den mye mer presis detalj. Det gir oss et mer detaljert blikk på de strukturelle egenskapene til galakser og den detaljerte strukturen til gass rundt galakser. TNG100 er et sted i midten.
IllustrisTNG er ikke den første kosmologiske hydrodynamiske simuleringen. Andre inkluderer Eagle, Horizon-AGN og IllustrisTNGs forgjenger, Illustris. De har vist hvor kraftige disse prediktive teoretiske modellene kan være. Etter hvert som datamaskinene våre blir kraftigere og vår forståelse av fysikk og kosmologi vokser sammen med dem, vil disse typer simuleringer gi større og mer detaljerte resultater.
