Τα πρώτα αποτελέσματα του έργου IllustrisTNG έχουν δημοσιευτεί σε τρεις ξεχωριστές μελέτες και ρίχνουν νέο φως στο πώς οι μαύρες τρύπες διαμορφώνουν τον κόσμο και πώς σχηματίζονται και μεγαλώνουν οι γαλαξίες. Το έργο IllustrisTNG τιμολογείται ως «Η επόμενη γενιά κοσμολογικών υδροδυναμικών προσομοιώσεων». Το Έργο είναι μια συνεχής σειρά μαζικών υδροδυναμικών προσομοιώσεων του Σύμπαντός μας. Στόχος του είναι να κατανοήσει τις φυσικές διεργασίες που οδηγούν στο σχηματισμό γαλαξιών.
Στην καρδιά του IllustriousTNG υπάρχει ένα υπερσύγχρονο αριθμητικό μοντέλο του Σύμπαντος, που λειτουργεί σε έναν από τους πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές στον κόσμο: τη μηχανή Hazel Hen στο Κέντρο Υψηλών Επιδόσεων στο Στουτγκάρδη της Γερμανίας. Η Hazel Hen είναι ο γρηγορότερος υπολογιστής της Γερμανίας και ο 19ος γρηγορότερος στον κόσμο.
Το τρέχον κοσμολογικό μας μοντέλο υποδηλώνει ότι η πυκνότητα μαζικής ενέργειας του Σύμπαντος κυριαρχείται από τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια. Δεδομένου ότι δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε κανένα από αυτά τα πράγματα, ο μόνος τρόπος για να δοκιμάσουμε αυτό το μοντέλο είναι να είμαστε σε θέση να κάνουμε ακριβείς προβλέψεις σχετικά με τη δομή των πραγμάτων που μπορούμε να δούμε, όπως τα αστέρια, το διάχυτο αέριο και οι μαύρες τρύπες. Αυτά τα ορατά πράγματα οργανώνονται σε έναν κοσμικό ιστό φύλλων, νημάτων και κενών. Μέσα σε αυτούς υπάρχουν γαλαξίες, οι οποίες είναι οι βασικές μονάδες της κοσμικής δομής. Για να δοκιμάσουμε τις ιδέες μας σχετικά με τη γαλαξιακή δομή, πρέπει να φτιάξουμε λεπτομερείς και ρεαλιστικούς προσομοιωμένους γαλαξίες και, στη συνέχεια, να τους συγκρίνουμε με το πραγματικό.
Οι αστροφυσικοί στις ΗΠΑ και τη Γερμανία χρησιμοποίησαν το IllustrisTNG για να δημιουργήσουν το δικό τους σύμπαν, το οποίο στη συνέχεια θα μπορούσε να μελετηθεί λεπτομερώς. Το IllustrisTNG συσχετίζεται πολύ έντονα με τις παρατηρήσεις του πραγματικού Σύμπαντος, αλλά επιτρέπει στους επιστήμονες να δουν πράγματα που είναι ασαφή στο δικό μας Σύμπαν. Αυτό έχει οδηγήσει σε κάποια πολύ ενδιαφέροντα αποτελέσματα μέχρι στιγμής και βοηθά στην απάντηση ορισμένων μεγάλων ερωτήσεων στην κοσμολογία και την αστροφυσική.
Από τότε που μάθαμε ότι οι γαλαξίες φιλοξενούν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες (SMBHs) στα κέντρα τους, πιστεύεται ευρέως ότι έχουν μεγάλη επίδραση στην εξέλιξη των γαλαξιών και πιθανώς στον σχηματισμό τους. Αυτό οδήγησε στην προφανή ερώτηση: Πώς επηρεάζουν αυτά τα SMBH τους γαλαξίες που τους φιλοξενούν; Το περίφημο TNG ξεκίνησε να απαντήσει σε αυτό, και η εφημερίδα του Δρ. Dylan Nelson στο Ινστιτούτο Max Planck για την Αστροφυσική δείχνει ότι «ο πρωταρχικός οδηγός της μετάβασης χρώματος του γαλαξία είναι η υπερμεγέθη ανατροφοδότηση blackhole στην κατάσταση χαμηλής αύξησης».
«Η μόνη φυσική οντότητα ικανή να σβήσει τον σχηματισμό άστρων στους μεγάλους ελλειπτικούς γαλαξίες μας είναι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα τους.» - Δρ. Dylan Nelson, Max Planck Institute for Astrophysics,
Οι γαλαξίες που βρίσκονται ακόμα στη φάση σχηματισμού των αστεριών τους λάμπουν έντονα στο μπλε φως των νέων αστεριών τους. Τότε κάτι αλλάζει και ο σχηματισμός των αστεριών τελειώνει. Μετά από αυτό, ο γαλαξίας κυριαρχείται από παλαιότερα, κόκκινα αστέρια, και ο γαλαξίας ενώνει ένα νεκροταφείο γεμάτο «κόκκινους και νεκρούς» γαλαξίες. Όπως εξηγεί ο Nelson, «Η μόνη φυσική οντότητα ικανή να σβήσει τον σχηματισμό άστρων στους μεγάλους ελλειπτικούς γαλαξίες μας είναι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα τους." Αλλά πώς το κάνουν αυτό;
Ο Nelson και οι συνάδελφοί του το αποδίδουν σε υπερμεγέθη ανατροφοδότηση μαύρων τρυπών στην κατάσταση χαμηλής αύξησης. Αυτό σημαίνει ότι καθώς τροφοδοτεί μια μαύρη τρύπα, δημιουργεί έναν άνεμο ή ένα κύμα σοκ, που φυσά αέριο και σκόνη που σχηματίζει αστέρια έξω από τον γαλαξία. Αυτό περιορίζει τον μελλοντικό σχηματισμό άστρων. Τα υπάρχοντα αστέρια γερνούν και γίνονται κόκκινα, και λίγα νέα μπλε αστέρια σχηματίζονται.
Πιστεύεται εδώ και καιρό ότι οι μεγάλοι γαλαξίες σχηματίζονται όταν ενώνουν μικρότερους γαλαξίες. Καθώς ο γαλαξίας μεγαλώνει, η βαρύτητά του τραβάει μικρότερους γαλαξίες σε αυτόν. Κατά τη διάρκεια αυτών των συγκρούσεων, οι γαλαξίες διαλύονται. Μερικά αστέρια θα είναι διάσπαρτα και θα εγκατασταθούν σε ένα φωτοστέφανο γύρω από το νέο, μεγαλύτερο γαλαξία. Αυτό θα δώσει στον νεοδημιουργημένο γαλαξία μια αχνή λάμψη φόντου αστρικού φωτός. Αλλά αυτή είναι μια πρόβλεψη και αυτές οι απαλές λάμψεις είναι πολύ δύσκολο να παρατηρηθούν.
«Οι προβλέψεις μας μπορούν τώρα να ελέγχονται συστηματικά από παρατηρητές.» - Δρ. Annalisa Pillepich (Max Planck Institute for Astrophysics)
Το IllustrisTNG μπόρεσε να προβλέψει με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς θα έπρεπε να είναι αυτή η λάμψη. Αυτό δίνει στους αστρονόμους μια καλύτερη ιδέα για το τι πρέπει να αναζητήσουν όταν προσπαθούν να παρατηρήσουν αυτήν την απαλή αστρική λάμψη στο πραγματικό Σύμπαν. «Οι προβλέψεις μας μπορούν τώρα να ελεγχθούν συστηματικά από παρατηρητές», επισημαίνει η Δρ Annalisa Pillepich (MPIA), η οποία οδήγησε μια περαιτέρω μελέτη IllustrisTNG. "Αυτό δίνει μια κρίσιμη δοκιμή για το θεωρητικό μοντέλο του ιεραρχικού σχηματισμού γαλαξιών."
Το IllustrisTNG είναι μια συνεχής σειρά προσομοιώσεων. Μέχρι στιγμής, έχουν πραγματοποιηθεί τρεις εκτελέσεις IllustrisTNG, καθεμία από τις οποίες δημιουργεί μεγαλύτερη προσομοίωση από την προηγούμενη. Είναι TNG 50, TNG 100 και TNG 300. Το TNG300 είναι πολύ μεγαλύτερο από το TNG50 και επιτρέπει τη μελέτη μιας μεγαλύτερης περιοχής που αποκαλύπτει ενδείξεις σχετικά με τη δομή μεγάλης κλίμακας. Αν και το TNG50 είναι πολύ μικρότερο, έχει πολύ πιο ακριβείς λεπτομέρειες. Μας δίνει μια πιο λεπτομερή ματιά στις δομικές ιδιότητες των γαλαξιών και στη λεπτομερή δομή του αερίου γύρω από τους γαλαξίες. Το TNG100 βρίσκεται κάπου στη μέση.
Το IllustrisTNG δεν είναι η πρώτη κοσμολογική υδροδυναμική προσομοίωση. Άλλοι περιλαμβάνουν τους Eagle, Horizon-AGN και τον προκάτοχο του IllustrisTNG, Illustris. Έχουν δείξει πόσο ισχυρά είναι αυτά τα θεωρητικά μοντέλα πρόβλεψης. Καθώς οι υπολογιστές μας γίνονται πιο ισχυροί και η κατανόηση της φυσικής και της κοσμολογίας μεγαλώνει μαζί τους, αυτοί οι τύποι προσομοιώσεων θα αποφέρουν μεγαλύτερα και πιο λεπτομερή αποτελέσματα.
