Prvé výsledky projektu IllustrisTNG boli uverejnené v troch samostatných štúdiách a vrhajú nové svetlo na to, ako čierne diery formujú vesmír a ako sa formujú a rastú galaxie. Projekt IllustrisTNG sa účtuje ako „Ďalšia generácia kozmologických hydrodynamických simulácií.“ Projekt je pokračujúcou sériou masívnych hydrodynamických simulácií nášho vesmíru. Jeho cieľom je porozumieť fyzikálnym procesom, ktoré riadia tvorbu galaxií.
Srdcom IllustriousTNG je najmodernejší numerický model vesmíru, ktorý beží na jednom z najmocnejších superpočítačov na svete: stroj Hazel Hen vo vysokovýkonnom výpočtovom centre v nemeckom Stuttgarte. Hazel Hen je najrýchlejší počítač v Nemecku a 19. najrýchlejší počítač na svete.
Náš súčasný kozmologický model naznačuje, že hustote hmoty a energie vo vesmíre dominuje temná hmota a temná energia. Pretože nemôžeme pozorovať ani jednu z týchto vecí, jediným spôsobom, ako otestovať tento model, je byť schopný presne predpovedať štruktúru vecí, ktoré vidíme, ako sú hviezdy, difúzny plyn a narastajúce čierne diery. Tieto viditeľné veci sú usporiadané do kozmickej siete listov, vlákien a dutín. Vo vnútri sa nachádzajú galaxie, ktoré sú základnými jednotkami kozmickej štruktúry. Aby sme otestovali naše predstavy o galaktickej štruktúre, musíme vytvoriť podrobné a realistické simulované galaxie a potom ich porovnať s tým, čo je skutočné.
Astrofyzici v USA a Nemecku použili IllustrisTNG na vytvorenie vlastného vesmíru, ktorý sa potom mohol podrobne študovať. IllustrisTNG veľmi silno koreluje s pozorovaniami skutočného vesmíru, ale umožňuje vedcom nahliadnuť do vecí, ktoré sú v našom vlastnom vesmíre zakryté. To viedlo k doteraz veľmi zaujímavým výsledkom a pomáha zodpovedať niektoré veľké otázky v kozmológii a astrofyzike.
Od chvíle, keď sme sa dozvedeli, že v galaxiách sú vo svojich centrách hostené supermasívne čierne diery (SMBH), verí sa, že majú hlboký vplyv na vývoj galaxií a prípadne na ich formovanie. To viedlo k zjavnej otázke: Ako tieto SMBH ovplyvňujú galaxie, ktoré ich hostia? Známy TNG sa rozhodol odpovedať na túto otázku a príspevok Dr. Dylana Nelsona z Inštitútu Maxa Plancka pre astrofyziku ukazuje, že „primárnou hybnou silou farebného prechodu galaxií je superhmotná spätná väzba čiernych dier v jej nízkom stave akumulácie“.
"Jedinou fyzickou entitou schopnou uhasiť formáciu hviezd v našich veľkých eliptických galaxiách, sú supermasívne čierne diery v ich centrách." - Dr. Dylan Nelson, Inštitút Maxa Plancka pre astrofyziku,
Galaxie, ktoré sú stále vo fáze tvorby hviezd, žiaria jasne v modrom svetle svojich mladých hviezd. Potom sa niečo zmení a formácia hviezd končí. Galaxii potom dominujú staršie červené hviezdy a galaxia sa pripojí na cintorín plný „červených a mŕtvych“ galaxií. Ako vysvetľuje Nelson, „Jedinou fyzickou entitou schopnou uhasiť formáciu hviezd v našich veľkých eliptických galaxiách sú supermasívne čierne diery v ich centrách.“ Ale ako to robia?
Nelson a jeho kolegovia to pripisujú supermasívnej spätnej väzbe na čierne diery v stave s nízkou akréciou. To znamená, že ako sa čierna diera dodáva, vytvára vietor alebo rázovú vlnu, ktorá z galaxie vyfukuje plyn a prach vytvárajúce hviezdy. Toto obmedzuje budúcu tvorbu hviezd. Existujúce hviezdy starnú a sčervenajú a vytvára sa niekoľko nových modrých hviezd.
Už dlho sa myslelo, že keď sa malé galaxie spoja, vytvoria sa veľké galaxie. Keď sa galaxia zväčšuje, jej gravitácia do nej vtiahne ďalšie menšie galaxie. Počas týchto zrážok sú galaxie roztrhané. Niektoré hviezdy budú rozptýlené a usadia sa v halo okolo novej, väčšej galaxie. To by malo dať novo vytvorenej galaxii slabé žiarenie pozadia hviezdneho svetla. Je to však predpoveď a tieto svetlé žiary je veľmi ťažké pozorovať.
"Naše predpovede môžu teraz systematicky kontrolovať pozorovatelia." - Dr. Annalisa Pillepich (Inštitút Maxa Plancka pre astrofyziku)
IllustrisTNG dokázal presnejšie predpovedať, ako by mala vyzerať táto žiara. To dáva astronómom lepšiu predstavu o tom, čo hľadať, keď sa snažia pozorovať túto bledú hviezdnu žiaru v skutočnom vesmíre. „Naše predpovede môžu teraz systematicky kontrolovať pozorovatelia,“ zdôrazňuje Dr. Annalisa Pillepich (MPIA), ktorá viedla ďalšiu štúdiu IllustrisTNG. „Týmto sa získa kritický test pre teoretický model hierarchickej galaxie.“
IllustrisTNG je pokračujúca séria simulácií. Doteraz boli vykonané tri série IllustrisTNG, z ktorých každá vytvorila väčšiu simuláciu ako predchádzajúca. Sú to TNG 50, TNG 100 a TNG 300. TNG300 je omnoho väčšia ako TNG50 a umožňuje študovať väčšiu plochu, ktorá odhaľuje náznaky rozsiahlej štruktúry. Aj keď je TNG50 omnoho menší, má oveľa presnejšie detaily. Poskytuje nám podrobnejší pohľad na štrukturálne vlastnosti galaxií a podrobnú štruktúru plynu okolo galaxií. TNG100 je niekde uprostred.
IllustrisTNG nie je prvá kozmologická hydrodynamická simulácia. Medzi ďalšie patria Eagle, Horizon-AGN a predchodca IllustrisTNG, Illustris. Ukázali, aké silné môžu byť tieto prediktívne teoretické modely. Keď sa naše počítače stanú silnejšími a spolu s nimi porastie aj chápanie fyziky a kozmológie, tieto typy simulácií prinesú väčšie a podrobnejšie výsledky.
