Az IllustrisTNG projekt első eredményeit három külön tanulmányban tették közzé, és új fényt derítenek fel arról, hogy a fekete lyukak hogyan alakítják a kozmoszt, és hogyan alakulnak és növekednek a galaxisok. Az IllustrisTNG projekt úgy számolja magát, hogy „a kozmológiai hidrodinamikai szimulációk következő generációja”. A projekt világegyetem hatalmas hidrodinamikai szimulációinak folyamatos sorozata. Célja a galaxisok kialakulását előidéző fizikai folyamatok megértése.
Az IllustriousTNG középpontjában az univerzum korszerű numerikus modellje áll, amely a világ egyik legerősebb szuperszámítógépén működik: a Hazel Hen gépen a nagy teljesítményű számítástechnikai központban, Stuttgartban, Németország. A Hazel Hen Németország leggyorsabb számítógépe, és a világ 19. leggyorsabb számítógépe.
Jelenlegi kozmológiai modellünk szerint az Univerzum tömeg-energia sűrűségét a sötét anyag és a sötét energia dominálja. Mivel ezeknek a dolgoknak egyikét sem figyeljük meg, a modell tesztelésének egyetlen módja az, hogy pontos előrejelzéseket tudjunk készíteni a látható dolgok szerkezetéről, például a csillagok, a diffúz gázok és az akkreditáló fekete lyukak. Ezeket a látható dolgokat lapok, szálak és üregek kozmikus hálójává rendezik. Ezen belül vannak galaxisok, amelyek a kozmikus szerkezet alapvető egységei. A galaktikus szerkezettel kapcsolatos elképzeléseink kipróbálásához részletes és valósághű szimulált galaxisokat kell készíteni, majd összehasonlítanunk őket a valódi valósággal.
Az Egyesült Államok és Németország asztrofizikusai az IllustrisTNG segítségével saját univerzumot készítettek, amelyet később részletesen meg lehet vizsgálni. Az IllustrisTNG nagyon szorosan korrelál a valódi világegyetem megfigyeléseivel, de lehetővé teszi a tudósoknak, hogy olyan dolgokra nézzenek, amelyeket a saját világegyetemünkben elhomályosítanak. Ez eddig nagyon érdekes eredményekhez vezetett, és hozzájárul a kozmológia és az asztrofizika néhány nagy kérdésének megválaszolásához.
Azóta, amikor megtudtuk, hogy a galaxisok supermasszív fekete lyukakat (SMBH-kat) helyeznek el középpontjaikban, széles körben úgy gondolják, hogy ezek mély hatással vannak a galaxisok fejlődésére és esetleg kialakulására. Ez a nyilvánvaló kérdéshez vezetett: Hogyan befolyásolják ezek az SMBH-k a befogadó galaxisokat? A hatalmas TNG ezt válaszolni kívánta, és Dr. Dylan Nelson, a Max Planck Asztrofizikai Intézet tanulmánya azt mutatja, hogy „a galaxis színátmenetének elsődleges mozgatórugója a szupermasszív fekete lyuk visszajelzése alacsony akkumulációs állapotban”.
"Az egyetlen fizikai entitás, amely a csillagképződést meg tudja oltani a nagy elliptikus galaxisokban, a középső részén található szupermasszív fekete lyukak." - Dr. Dylan Nelson, Max Planck asztrofizikai intézet,
A galaxisok, amelyek még mindig csillagképző fázisban vannak, fényesen ragyognak fiatal csillagok kék fényében. Aztán valami megváltozik, és a csillagképződés véget ér. Ezután a galaxist az idősebb vörös csillagok uralják, és a galaxis csatlakozik a „vörös és halott” galaxisok tele temetőjéhez. Mint Nelson elmagyarázza: "Az egyetlen fizikai entitás, amely a csillagképződést meg tudja oltani a nagy elliptikus galaxisokban, a középső részén található supermasszív fekete lyukak." De hogyan csinálják ezt?
Nelson és munkatársai ezt a szupermasszív fekete lyuk visszajelzésnek tulajdonítják alacsony akkumulációs állapotában. Ez azt jelenti, hogy amint egy fekete lyuk táplálkozik, szél vagy sokkhullám keletkezik, amely csillagképző gázt és port fúj ki a galaxisból. Ez korlátozza a csillagok jövőbeli kialakulását. A meglévő csillagok öregednek és vörösre válnak, és kevés új kék csillag képződik.
Régóta azt gondolják, hogy nagyobb galaxisok alakulnak ki, amikor kisebb galaxisok csatlakoznak egymáshoz. Ahogy a galaxis egyre nagyobb lesz, gravitációja több kisebb galaxist vonz be. Ezen ütközések során a galaxisok szétszakadnak. Néhány csillag szétszórt, és az új, nagyobb galaxis körül egy haloban fog tartózkodni. Ennek az újonnan létrehozott galaxisnak csillagfény halvány háttérvilágítását kell adnia. De ez csak egy előrejelzés, és ezeket a sápadt fényeket nagyon nehéz megfigyelni.
"A megfigyelők most szisztematikusan ellenőrizhetik előrejelzéseinket." - Dr. Annalisa Pillepich (Max Planck Asztrofizikai Intézet)
Az IllustrisTNG pontosabban tudta megjósolni, hogy ennek a fénynek hogyan kell kinéznie. Ez jobb képet ad a csillagászoknak arról, hogy mit kell keresni, amikor megpróbálják megfigyelni ezt a sápadt csillagvilágítást az igazi világegyetemben. „Jóslatainkat a megfigyelők szisztematikusan ellenőrizhetik” - mutat rá Dr. Annalisa Pillepich (MPIA), aki egy további IllustrisTNG tanulmányt vezetett. "Ez kritikus tesztet ad a hierarchikus galaxisok kialakulásának elméleti modelljéhez."
Az IllustrisTNG egy folyamatos szimulációs sorozat. Eddig három IllustrisTNG futtatás történt, mindegyik nagyobb szimulációt hozott létre, mint az előző. Ezek a TNG 50, a TNG 100 és a TNG 300. A TNG300 sokkal nagyobb, mint a TNG50, és lehetővé teszi egy nagyobb terület vizsgálatát, amely a nagy léptékű szerkezetre utal. Noha a TNG50 sokkal kisebb, sokkal pontosabb részletekkel rendelkezik. Részletesebben áttekintjük a galaxisok szerkezeti tulajdonságait és a galaxisok körüli gázok részletes szerkezetét. A TNG100 valahol a közepén van.
Az IllustrisTNG nem az első kozmológiai hidrodinamikai szimuláció. Mások közé tartozik az Eagle, a Horizon-AGN és az IllustrisTNG elődje, az Illustris. Megmutatták, hogy ezek a prediktív elméleti modellek mennyire hatékonyak lehetnek. Ahogy számítógépeink egyre erősebbek lesznek, és a fizika és a kozmológia megértése együtt növekszik velük, az ilyen típusú szimulációk nagyobb és részletesebb eredményeket fognak eredményezni.
