První výsledky projektu IllustrisTNG byly zveřejněny ve třech samostatných studiích a vrhají nové světlo na to, jak černé díry formují vesmír a jak se galaxie formují a rostou. Projekt IllustrisTNG se účtuje jako „Příští generace kosmologických hydrodynamických simulací“. Projekt je pokračující řadou masivních hydrodynamických simulací našeho vesmíru. Jeho cílem je porozumět fyzickým procesům, které řídí tvorbu galaxií.
V srdci IllustriousTNG je nejmodernější numerický model vesmíru, který běží na jednom z nejmocnějších superpočítačů na světě: na stroji Hazel Hen ve vysoce výkonném výpočetním centru ve německém Stuttgartu. Hazel Hen je nejrychlejší počítač v Německu a 19. nejrychlejší počítač na světě.
Náš současný kosmologický model naznačuje, že hustotě hmoty a energie vesmíru dominuje temná hmota a temná energie. Protože nemůžeme pozorovat ani jednu z těchto věcí, jediným způsobem, jak tento model vyzkoušet, je být schopen přesně předpovědět strukturu věcí, které můžeme vidět, jako jsou hvězdy, difúzní plyn a narůstající černé díry. Tyto viditelné věci jsou uspořádány do kosmické sítě listů, vláken a dutin. Uvnitř jsou galaxie, které jsou základními jednotkami kosmické struktury. Abychom mohli vyzkoušet naše představy o galaktické struktuře, musíme vytvořit podrobné a realistické simulované galaxie a porovnat je s tím, co je skutečné.
Astrofyzici v USA a Německu použili IllustrisTNG k vytvoření vlastního vesmíru, který pak mohl být podrobně studován. IllustrisTNG velmi silně koreluje s pozorováním skutečného vesmíru, ale umožňuje vědcům nahlédnout do věcí, které jsou v našem vlastním vesmíru skryté. To zatím vedlo k některým velmi zajímavým výsledkům a pomáhá odpovědět na některé velké otázky v kosmologii a astrofyzice.
Od té doby, co jsme se dozvěděli, že galaxie jsou ve svých centrech hostitelem supermasivních černých děr (SMBH), se všeobecně věří, že mají hluboký vliv na vývoj galaxií a možná na jejich formování. To vedlo ke zřejmé otázce: Jak tyto SMBH ovlivňují galaxie, které je hostují? Ilustrativní TNG se rozhodla odpovědět na tuto otázku a příspěvek Dr. Dylana Nelsona z Institutu Maxe Plancka pro astrofyziku ukazuje, že „primárním hybatelem přechodu barev v galaxii je superassivní zpětná vazba černých dír ve stavu s nízkým hromaděním“.
"Jedinou fyzickou entitou, která dokáže zhasnout hvězdnou formaci v našich velkých eliptických galaxiích, jsou supermasivní černé díry v jejich centrech." - Dr. Dylan Nelson, Max Planckův ústav pro astrofyziku,
Galaxie, které jsou stále ve fázi vytváření hvězd, jasně září v modrém světle svých mladých hvězd. Pak se něco změní a formace hvězd končí. Poté galaxii dominují starší červené hvězdy a galaxie se připojí k hřbitově plnému „červených a mrtvých“ galaxií. Jak vysvětluje Nelson, „Jedinou fyzickou entitou schopnou uhasit formaci hvězd v našich velkých eliptických galaxiích jsou supermasivní černé díry v jejich centrech.“ Ale jak to dokážou?
Nelson a jeho kolegové to připisují supermasivní zpětné vazbě černé díry ve stavu nízkého nárůstu. To znamená, že jak se černá díra napájí, vytváří vítr nebo rázovou vlnu, která fouká hvězdotvorný plyn a prach z galaxie. To omezuje budoucí tvorbu hvězd. Stávající hvězdy stárnou a zčervenají a vytvoří se několik nových modrých hvězd.
Dlouho se předpokládalo, že když se spojí menší galaxie, vytvoří se velké galaxie. Jak se galaxie zvětšuje, přitahuje její gravitace další menší galaxie. Během těchto kolizí se galaxie roztrhají. Některé hvězdy budou rozptýleny a zabaví se v halou kolem nové, větší galaxie. To by mělo nově vytvořené galaxii poskytnout slabé záři hvězdného světla. Je to však předpověď a tyto bledé záře je velmi obtížné pozorovat.
"Naše předpovědi mohou nyní systematicky kontrolovat pozorovatelé." - Dr. Annalisa Pillepich (Institut astrofyziky Maxe Plancka)
IllustrisTNG dokázal přesněji předpovědět, jak by tato záře měla vypadat. To dává astronomům lepší představu o tom, co hledat, když se snaží pozorovat tuto bledou hvězdnou záři ve skutečném vesmíru. "Naše předpovědi mohou nyní systematicky kontrolovat pozorovatelé," zdůrazňuje Dr. Annalisa Pillepich (MPIA), která vedla další studii IllustrisTNG. "To přináší kritický test pro teoretický model hierarchické galaxie."
IllustrisTNG je pokračující série simulací. Doposud byly provedeny tři běhy IllustrisTNG, z nichž každý vytvořil větší simulaci než předchozí. Jsou to TNG 50, TNG 100 a TNG 300. TNG300 je mnohem větší než TNG50 a umožňuje studovat větší plochu, která odhaluje stopy o rozsáhlé struktuře. Přestože je TNG50 mnohem menší, má mnohem přesnější detaily. Poskytuje nám podrobnější pohled na strukturální vlastnosti galaxií a podrobnou strukturu plynu kolem galaxií. TNG100 je někde uprostřed.
IllustrisTNG není první kosmologickou hydrodynamickou simulací. Mezi další patří Eagle, Horizon-AGN a předchůdce IllustrisTNG Illustris. Ukázali, jak mocné mohou být tyto prediktivní teoretické modely. Jak naše počítače rostou silněji a spolu s nimi roste i naše chápání fyziky a kosmologie, tyto typy simulací přinesou větší a podrobnější výsledky.
