התוצאות הראשונות של פרויקט IllustrisTNG פורסמו בשלושה מחקרים נפרדים, והם שופכים אור חדש על האופן בו חורים שחורים מעצבים את הקוסמוס ואיך גלקסיות נוצרות וצומחות. פרויקט IllustrisTNG מגדיר את עצמו כ"דור הבא של הדמיות קוסמולוגיות הידרודינמיות. " הפרויקט הוא סדרה מתמשכת של סימולציות הידרודינמיות מאסיביות של היקום שלנו. מטרתו להבין את התהליכים הפיזיים המניעים את היווצרות הגלקסיות.
בלב IllustriousTNG הוא מצב מודל מספרי אמנותי של היקום, הפועל על אחד ממחשבי העל החזקים בעולם: מכונת הייזל חן במרכז המיחשוב High Performance בשטוטגרט, גרמניה. Hazel Hen הוא המחשב המהיר ביותר בגרמניה, וה מהיר ביותר בעולם בעולם.
המודל הקוסמולוגי הנוכחי שלנו מציע כי צפיפות האנרגיה ההמונית של היקום נשלטת על ידי חומר אפל ואנרגיה אפלה. מכיוון שאיננו יכולים לצפות באף אחד מהדברים הללו, הדרך היחידה לבחון את המודל הזה היא להיות מסוגלים לבצע תחזיות מדויקות לגבי מבנה הדברים שאנו יכולים לראות, כגון כוכבים, גז מפוזר והצטברות חורים שחורים. הדברים הנראים לעין מסודרים לרשת קוסמית של סדינים, חוטים וריקים. בתוך אלה גלקסיות, שהן היחידות הבסיסיות של המבנה הקוסמי. כדי לבחון את הרעיונות שלנו לגבי מבנה גלקטי, עלינו ליצור גלקסיות מדומות ומציאותיות, ואז להשוות אותן למה שממש.
אסטרופיסיקאים בארצות הברית ובגרמניה השתמשו ב- IllustrisTNG כדי ליצור יקום משלהם, שאפשר היה ללמוד אותם בהרחבה. IllustrisTNG מתכתב מאוד עם תצפיות על היקום האמיתי, אך מאפשר למדענים להסתכל על דברים שהוסתרו ביקום שלנו. זה הוביל לכמה תוצאות מעניינות עד כה, וזה עוזר לענות על כמה שאלות גדולות בקוסמולוגיה ובאסטרופיזיקה.
מאז שנודע לנו כי הגלקסיות מארחות חורים שחורים על-מסיביים (SMBH) במרכזיהם, ההערכה היא כי יש להם השפעה עמוקה על התפתחות הגלקסיות, ואולי גם על התהוותם. זו הובילה לשאלה המתבקשת: כיצד משפיעים ה- SMBH האלה על הגלקסיות שמארחות אותם? TNG המפוארת יצאה לענות על כך, והמאמר של ד"ר דילן נלסון במכון מקס פלאנק לאסטרופיסיקה מראה כי "המניע העיקרי למעבר צבעי הגלקסיה הוא משוב שחורי חור שחור-מצבי במצב ההשמעה הנמוך שלו."
"הישות הפיזית היחידה המסוגלת לכבות את היווצרות הכוכבים בגלקסיות האליפטיות הגדולות שלנו הם החורים השחורים העל-מסיביים שבמרכזם." - ד"ר דילן נלסון, מכון מקס פלאנק לאסטרופיזיקה,
גלקסיות שעדיין נמצאות בשלב הכוכב שלהן מאירות באור בהיר באור הכחול של הכוכבות הצעירות שלהן. ואז משהו משתנה ויצירת הכוכבים מסתיימת. לאחר מכן נשלטת הגלקסיה על ידי כוכבים אדומים ישנים, והגלקסיה מצטרפת לבית קברות מלא בגלקסיות "אדומות ומתות". כפי שמסביר נלסון, "הישות הפיזית היחידה המסוגלת לכבות את היווצרות הכוכבים בגלקסיות האליפטיות הגדולות שלנו הם החורים השחורים העל-מסיביים שבמרכזם." אבל איך הם עושים זאת?
נלסון ועמיתיו מייחסים את זה למשוב על חור שחור סופר-מסיבי במצב מצבו של השגחה נמוכה. משמעות הדבר היא שככל שהחור שחור ניזון, הוא יוצר רוח או גל הלם, שמנפח גז ואבק היוצרים כוכבים מהגלקסיה. זה מגביל את היווצרות הכוכבים העתידית. הכוכבים הקיימים מתיישנים והופכים לאדומים, וכמה כוכבים כחולים חדשים נוצרים.
נהוג לחשוב שגלקסיות גדולות נוצרות כאשר גלקסיות קטנות יותר מתחברות. ככל שהגלקסיה גדלה, כוח המשיכה שלה מושך לתוכה יותר גלקסיות קטנות יותר. במהלך התנגשויות אלה, הגלקסיות נקרעות זו מזו. חלק מהכוכבים יתפזרו ויתגורשו בהילה סביב הגלקסיה החדשה והגדולה יותר. זה אמור לתת לגלקסיה שזה עתה נוצרה זוהרת רקע קלושה של אור כוכבים. אבל זו חיזוי, והזוהרים החיוורים הללו קשים מאוד לצפייה.
"כעת ניתן לבדוק את התחזיות שלנו באופן שיטתי." - ד"ר אנליסה פילפיץ '(מכון מקס פלאנק לאסטרופיזיקה)
IllustrisTNG הצליח לחזות במדויק יותר כיצד אמור להיראות הזוהר הזה. זה נותן לאסטרונומים מושג טוב יותר למה לחפש כאשר הם מנסים להתבונן בזוהר הכוכב החיוור הזה ביקום האמיתי. "הצופים יכולים כעת לבדוק באופן שיטתי על ידי המשקיפים," מציין ד"ר אנליסה פילפיץ '(MPIA), שהובילה מחקר נוסף ב- IllustrisTNG. "זה נותן מבחן קריטי למודל התיאורטי של היווצרות גלקסיות היררכיות."
IllustrisTNG היא סדרת הדמיות מתמשכת. עד כה היו שלוש ריצות IllustrisTNG, שכל אחת מהן יוצרת הדמיה גדולה יותר מהקודמת. הם TNG 50, TNG 100 ו- TNG 300. TNG300 גדול בהרבה מ- TNG50 ומאפשר ללמוד שטח גדול יותר החושף רמזים לגבי מבנה בקנה מידה גדול. למרות TNG50 הוא קטן בהרבה, יש לו פירוט מדויק בהרבה. זה נותן לנו מבט מפורט יותר על התכונות המבניות של הגלקסיות והמבנה המפורט של הגז סביב הגלקסיות. TNG100 נמצא איפשהו באמצע.
IllustrisTNG אינו הסימולציה ההידרו-דינמית הקוסמולוגית הראשונה. אחרים כוללים Eagle, Horizon-AGN, וקודמו של IllustrisTNG, Illustris. הם הראו עד כמה יכולים להיות מודלים תיאורטיים חזויים אלה. ככל שהמחשבים שלנו הולכים ומתעצמים והבנתנו את הפיזיקה והקוסמולוגיה גדלה יחד איתם, סימולציות מסוג זה יניבו תוצאות גדולות ומפורטות יותר.
