Первые результаты проекта IllustrisTNG были опубликованы в трех отдельных исследованиях, и они проливают новый свет на то, как черные дыры формируют космос, и как галактики формируются и растут. Проект IllustrisTNG объявляет себя «следующим поколением космологических гидродинамических симуляций». Проект представляет собой непрерывную серию массивных гидродинамических симуляций нашей Вселенной. Его цель - понять физические процессы, которые приводят к образованию галактик.
В основе IllustriousTNG лежит современная цифровая модель Вселенной, работающая на одном из самых мощных суперкомпьютеров в мире: машина Hazel Hen в Высокопроизводительном вычислительном центре в Штутгарте, Германия. Hazel Hen - самый быстрый компьютер в Германии и 19-й самый быстрый в мире.
Наша современная космологическая модель предполагает, что в плотности массы энергии Вселенной преобладают темная материя и темная энергия. Поскольку мы не можем наблюдать ни одну из этих вещей, единственный способ проверить эту модель - это иметь возможность делать точные предсказания о структуре вещей, которые мы видим, таких как звезды, диффузный газ и аккрецирующие черные дыры. Эти видимые вещи организованы в космическую сеть листов, нитей и пустот. Внутри находятся галактики, которые являются основными единицами космического строения. Чтобы проверить наши представления о галактической структуре, мы должны сделать детальные и реалистичные смоделированные галактики, а затем сравнить их с тем, что реально.
Астрофизики в США и Германии использовали IllustrisTNG для создания своей собственной вселенной, которую затем можно было изучить подробно. IllustrisTNG очень сильно коррелирует с наблюдениями за реальной Вселенной, но позволяет ученым смотреть на вещи, которые скрыты в нашей собственной Вселенной. Это привело к некоторым очень интересным результатам и помогает ответить на некоторые важные вопросы в космологии и астрофизике.
С тех пор, как мы узнали, что галактики содержат сверхмассивные черные дыры (SMBH) в своих центрах, широко распространено мнение, что они оказывают глубокое влияние на эволюцию галактик и, возможно, на их формирование. Это привело к очевидному вопросу: как эти SMBH влияют на галактики, в которых они находятся? Прославленный ПНГ намеревался ответить на этот вопрос, и статья доктора Дилана Нельсона в Институте астрофизики им. Макса Планка показывает, что «основной движущей силой цветового перехода галактики является сверхмассивная обратная связь черной дыры в ее состоянии низкой аккреции».
«Единственной физической сущностью, способной погасить звездообразование в наших больших эллиптических галактиках, являются сверхмассивные черные дыры в их центрах». - Доктор Дилан Нельсон, Институт астрофизики Макса Планка,
Галактики, которые все еще находятся в фазе звездообразования, ярко светятся в голубом свете их молодых звезд. Затем что-то меняется, и формирование звезды заканчивается. После этого в галактике преобладают старые красные звезды, и галактика присоединяется к кладбищу, заполненному «красными и мертвыми» галактиками. Как объясняет Нельсон, «единственной физической сущностью, способной погасить звездообразование в наших больших эллиптических галактиках, являются сверхмассивные черные дыры в их центрах». Но как они это делают?
Нельсон и его коллеги объясняют это сверхмассивной обратной связью черной дыры в ее состоянии низкой аккреции. Это означает, что когда черная дыра питается, она создает ветер или ударную волну, которая выдувает образующий звезды газ и пыль из галактики. Это ограничивает будущее образование звезд. Существующие звезды стареют и становятся красными, и образуется мало новых голубых звезд
Давно считалось, что большие галактики образуются, когда меньшие галактики объединяются. По мере того, как галактика становится больше, ее гравитация притягивает к себе более мелкие галактики. Во время этих столкновений галактики разрываются на части. Некоторые звезды будут рассеиваться и поселиться в гало вокруг новой, более крупной галактики. Это должно дать недавно созданной галактике слабое фоновое свечение звездного света. Но это предсказание, и эти бледные сияния очень трудно наблюдать.
«Наши прогнозы теперь могут систематически проверяться наблюдателями». - Доктор Анналиса Пиллепич (Институт астрофизики Макса Планка)
IllustrisTNG смог более точно предсказать, как должно выглядеть это свечение. Это дает астрономам лучшее представление о том, что искать, когда они пытаются наблюдать это бледное звездное свечение в реальной Вселенной. «Наши прогнозы теперь могут систематически проверяться наблюдателями», - отмечает д-р Annalisa Pillepich (MPIA), которая провела дальнейшее исследование IllustrisTNG. «Это дает критический тест для теоретической модели формирования иерархической галактики».
IllustrisTNG - это непрерывная серия симуляций. До сих пор было три прогона IllustrisTNG, каждый из которых создавал большую симуляцию, чем предыдущий. Это TNG 50, TNG 100 и TNG 300. TNG300 намного больше, чем TNG50, и позволяет изучать большую область, что показывает подсказки о крупномасштабной структуре. Хотя TNG50 намного меньше, он имеет гораздо более точные детали. Это дает нам более детальный взгляд на структурные свойства галактик и детальную структуру газа вокруг галактик. TNG100 находится где-то посередине.
IllustrisTNG - не первое космологическое гидродинамическое моделирование. Другие включают Eagle, Horizon-AGN и предшественника IllustrisTNG, Illustris. Они показали, насколько мощными могут быть эти прогностические теоретические модели. По мере того, как наши компьютеры становятся все более мощными, а наше понимание физики и космологии растет вместе с ними, эти типы симуляции дадут более подробные и подробные результаты.
