I primi risultati del Progetto IllustrisTNG sono stati pubblicati in tre studi separati e stanno gettando nuova luce su come i buchi neri modellano il cosmo e su come le galassie si formano e crescono. Il Progetto IllustrisTNG si definisce come "La prossima generazione di simulazioni idrodinamiche cosmologiche". Il progetto è una serie in corso di enormi simulazioni idrodinamiche del nostro universo. Il suo obiettivo è comprendere i processi fisici che guidano la formazione di galassie.
Il cuore di IllustriousTNG è un modello numerico all'avanguardia dell'universo, che gira su uno dei supercomputer più potenti al mondo: la macchina Hazel Hen presso il centro di calcolo ad alte prestazioni di Stoccarda, in Germania. Hazel Hen è il computer più veloce della Germania e il 19 ° più veloce al mondo.
Il nostro attuale modello cosmologico suggerisce che la densità di energia di massa dell'Universo è dominata dalla materia oscura e dall'energia oscura. Dal momento che non possiamo osservare nessuna di queste cose, l'unico modo per testare questo modello è essere in grado di fare previsioni precise sulla struttura delle cose che possiamo vedere, come stelle, gas diffuso e accumulo di buchi neri. Queste cose visibili sono organizzate in una rete cosmica di fogli, filamenti e vuoti. All'interno di queste sono le galassie, che sono le unità di base della struttura cosmica. Per testare le nostre idee sulla struttura galattica, dobbiamo creare galassie simulate dettagliate e realistiche, quindi confrontarle con ciò che è reale.
Gli astrofisici negli Stati Uniti e in Germania hanno utilizzato IllustrisTNG per creare il proprio universo, che potrebbe quindi essere studiato in dettaglio. IllustrisTNG si correla fortemente con le osservazioni del vero Universo, ma consente agli scienziati di guardare cose che sono oscurate nel nostro Universo. Ciò ha portato ad alcuni risultati molto interessanti finora e sta aiutando a rispondere ad alcune grandi domande in cosmologia e astrofisica.
Da quando abbiamo appreso che le galassie ospitano buchi neri supermassicci (SMBH) nei loro centri, è stato ampiamente creduto che abbiano una profonda influenza sull'evoluzione delle galassie, e forse sulla loro formazione. Ciò ha portato all'ovvia domanda: in che modo questi SMBH influenzano le galassie che li ospitano? L'illustre TNG si è proposto di rispondere a questo, e l'articolo del dott. Dylan Nelson del Max Planck Institute for Astrophysics mostra che "il motore principale della transizione del colore della galassia è il feedback supermassiccio del buco nero nel suo stato di bassa accrescimento".
"L'unica entità fisica in grado di estinguere la formazione stellare nelle nostre grandi galassie ellittiche sono i buchi neri supermassicci nei loro centri." - Dr. Dylan Nelson, Istituto Max Planck di astrofisica,
Le galassie che sono ancora nella loro fase di formazione stellare brillano intensamente alla luce blu delle loro giovani stelle. Quindi qualcosa cambia e la formazione stellare termina. Successivamente, la galassia è dominata da stelle rosse più vecchie e la galassia si unisce a un cimitero pieno di galassie "rosse e morte". Come spiega Nelson, "L'unica entità fisica in grado di estinguere la formazione stellare nelle nostre grandi galassie ellittiche sono i buchi neri supermassicci nei loro centri". Ma come lo fanno?
Nelson e i suoi colleghi lo attribuiscono al feedback supermassiccio del buco nero nel suo stato di bassa accrescimento. Ciò significa che mentre un buco nero si nutre, crea un vento, o un'onda d'urto, che soffia gas e polvere che formano le stelle dalla galassia. Ciò limita la futura formazione di stelle. Le stelle esistenti invecchiano e diventano rosse e si formano alcune nuove stelle blu.
Si pensa da tempo che si formino grandi galassie quando si uniscono piccole galassie. Man mano che la galassia cresce, la sua gravità attira più galassie più piccole. Durante queste collisioni, le galassie vengono fatte a pezzi. Alcune stelle saranno disperse e si stabiliranno in un alone attorno alla nuova, più grande galassia. Ciò dovrebbe dare alla galassia appena creata un debole bagliore di sfondo di luce stellare. Ma questa è una previsione e questi pallidi bagliori sono molto difficili da osservare.
"Le nostre previsioni possono ora essere sistematicamente verificate dagli osservatori." - Dr. Annalisa Pillepich (Istituto Max Planck per l'astrofisica)
IllustrisTNG è stato in grado di prevedere con maggiore precisione l'aspetto di questo bagliore. Questo dà agli astronomi un'idea migliore di cosa cercare quando provano ad osservare questo pallido bagliore stellare nel vero Universo. "Le nostre previsioni possono ora essere sistematicamente verificate dagli osservatori", sottolinea la dott.ssa Annalisa Pillepich (MPIA), che ha condotto un ulteriore studio di IllustrisTNG. "Questo produce un test critico per il modello teorico della formazione gerarchica della galassia."
IllustrisTNG è una serie di simulazioni in corso. Finora ci sono state tre serie di Illustrator, ognuna delle quali ha creato una simulazione più ampia della precedente. Sono TNG 50, TNG 100 e TNG 300. TNG300 è molto più grande di TNG50 e consente di studiare un'area più ampia che rivela indizi sulla struttura su larga scala. Sebbene TNG50 sia molto più piccolo, ha dettagli molto più precisi. Ci dà uno sguardo più dettagliato alle proprietà strutturali delle galassie e alla struttura dettagliata del gas attorno alle galassie. TNG100 è da qualche parte nel mezzo.
IllustrisTNG non è la prima simulazione idrodinamica cosmologica. Altri includono Eagle, Horizon-AGN e il predecessore di IllustrisTNG, Illustris. Hanno dimostrato quanto possano essere potenti questi modelli teorici predittivi. Man mano che i nostri computer diventano più potenti e la nostra comprensione della fisica e della cosmologia insieme a loro, questi tipi di simulazioni produrranno risultati più grandi e dettagliati.
