Projekti IllustrisTNG esimesed tulemused on avaldatud kolmes eraldi uuringus ja need heidavad uut valgust sellele, kuidas mustad augud moodustavad kosmose ning kuidas galaktikad tekivad ja kasvavad. IllustrisTNG projekt nimetab ennast järgmiseks põlvkonnaks kosmoloogiliste hüdrodünaamiliste simulatsioonide jaoks. Projekt on käimasolev seeria meie Universumi massilistest hüdrodünaamilistest simulatsioonidest. Selle eesmärk on mõista füüsikalisi protsesse, mis juhivad galaktikate teket.
IllustriousTNG keskmes on universumi kaasaegne numbriline mudel, mis töötab ühel maailma võimsaimal superarvutil: Saksamaal Stuttgardis asuvas kõrgtehnoloogilises arvutuskeskuses Hazel Hen. Hazel Hen on Saksamaa kiireim arvuti ja maailmas 19. kiireim.
Meie praegune kosmoloogiline mudel viitab sellele, et Universumi massienergiatiheduses domineerivad tume aine ja tume energia. Kuna me ei saa kumbagi neist asjadest jälgida, on ainus viis selle mudeli testimiseks olla võimeline tegema täpseid ennustusi nähtavate asjade, näiteks tähtede, hajugaasi ja tekkivate mustade aukude struktuuri kohta. Need nähtavad asjad on jaotatud lehtede, hõõgniitide ja tühimike kosmiliseks veebiks. Nende sees on galaktikad, mis on kosmilise struktuuri põhilised ühikud. Et katsetada oma ideid galaktilise struktuuri kohta, peame tegema detailsed ja realistlikud simuleeritud galaktikad, seejärel võrdlema neid reaalsega.
USA ja Saksamaa astrofüüsikud kasutasid IllustrisTNG-d omaenda universumi loomisel, mida saaks seejärel üksikasjalikult uurida. IllustrisTNG korreleerub väga tugevalt tõelise Universumi vaatlustega, kuid võimaldab teadlastel vaadata asju, mis on meie enda Universumis varjatud. See on andnud siiani väga huvitavaid tulemusi ja aitab vastata mõnedele kosmoloogia ja astrofüüsika suurtele küsimustele.
Pärast seda, kui oleme teada saanud, et galaktikad asuvad nende keskmetes ülimassiivseid mustaid auke (SMBH), usuti laialdaselt, et neil on põhjalik mõju galaktikate evolutsioonile ja võib-olla ka nende moodustumisele. See viis ilmse küsimuseni: kuidas mõjutavad need SMBH-d galaktikaid, mis neid võõrustavad? Mainekas TNG otsustas sellele vastata ja Max Plancki astrofüüsika instituudi dr Dylan Nelsoni artikkel näitab, et "galaktika värvide ülemineku peamine mootor on ülitähtis tagasiside mustade aukude kohta madala akretsiooniga olekus."
"Ainus füüsiline üksus, mis on võimeline kustutama tähtede moodustumist meie suurtes elliptilistes galaktikates, on nende keskpunktis olevad supermassiivsed mustad augud." - dr Dylan Nelson, Max Plancki astrofüüsika instituut,
Galaktikad, mis on alles tähekujunduse faasis, säravad eredalt nende noorte tähtede sinises valguses. Siis midagi muutub ja tähtede moodustumine lõpeb. Pärast seda domineerivad galaktikas vanemad punased tähed ja galaktika liitub surnuaiaga, mis on täis punaseid ja surnud galaktikaid. Nagu Nelson selgitab, on "ainus füüsiline üksus, mis on võimeline kustutama tähtede moodustumist meie suurtes elliptilistes galaktikates, nende keskpunktis olevad supermassiivsed mustad augud." Aga kuidas nad seda teevad?
Nelson ja tema kolleegid omistavad selle ülitäpsele musta augu tagasisidele madala akretsiooniga olekus. See tähendab, et kui must auk toidab, tekitab see tuule või lööklaine, mis puhub galaktikast välja tähte moodustavat gaasi ja tolmu. See piirab tähtede moodustumist tulevikus. Olemasolevad tähed vananevad ja muutuvad punaseks ning moodustub vähe uusi siniseid tähti.
Pikka aega arvati, et väiksemate galaktikate liitumisel moodustuvad suured galaktikad. Kuna galaktika suureneb, tõmbab selle gravitatsioon sellesse rohkem väiksemaid galaktikaid. Nende kokkupõrgete ajal on galaktikad lagunenud. Mõned tähed hajuvad laiali ja asuvad uue suurema galaktika ümbruses elama halodesse. See peaks vastloodud galaktikale andma tähevalguse nõrga fooni. Kuid see on ennustus ja neid kahvatuid kuma on väga raske jälgida.
"Vaatlejad saavad nüüd meie ennustusi süstemaatiliselt kontrollida." - dr Annalisa Pillepich (Max Plancki astrofüüsika instituut)
IllustrisTNG suutis täpsemalt ennustada, milline see hõõgus välja peaks nägema. See annab astronoomidele parema ettekujutuse sellest, mida otsida, kui nad proovivad seda kahvatut tähesära tõelises universumis jälgida. "Vaatlejad saavad meie prognoose nüüd süstemaatiliselt kontrollida," osutab dr Annalisa Pillepich (MPIA), kes juhtis veel ühte IllustrisTNG uuringut. "See annab hierarhilise galaktika kujunemise teoreetilise mudeli jaoks kriitilise testi."
IllustrisTNG on käimasolev simulatsioonide seeria. Siiani on olnud kolm IllustrisTNG käitust, millest igaüks on loonud suurema simulatsiooni kui eelmine. Need on TNG 50, TNG 100 ja TNG 300. TNG300 on palju suurem kui TNG50 ja võimaldab uurida suuremat ala, mis näitab vihjeid suuremahulise struktuuri kohta. Ehkki TNG50 on palju väiksem, on sellel palju täpsemaid detaile. See annab meile täpsema ülevaate galaktikate struktuurilistest omadustest ja gaaside detailsest struktuurist galaktikate ümber. TNG100 on kuskil keskel.
IllustrisTNG pole esimene kosmoloogiline hüdrodünaamiline simulatsioon. Teiste hulka kuuluvad Eagle, Horizon-AGN ja IllustrisTNG eelkäija Illustris. Nad on näidanud, kui võimsad need ennustavad teoreetilised mudelid võivad olla. Kuna meie arvutid muutuvad võimsamaks ning koos nendega kasvab ka arusaam füüsikast ja kosmoloogiast, annavad seda tüüpi simulatsioonid suuremad ja detailsemad tulemused.
