تم نشر النتائج الأولى لمشروع IllustrisTNG في ثلاث دراسات منفصلة ، وهي تسلط ضوءًا جديدًا على كيفية تشكيل الثقوب السوداء للكون وكيف تتشكل المجرات وتنمو. يصف مشروع IllustrisTNG نفسه بأنه "الجيل التالي من المحاكاة الهيدروديناميكية الكونية". المشروع عبارة عن سلسلة مستمرة من المحاكاة الهيدروديناميكية الهائلة لكوننا. هدفها هو فهم العمليات الفيزيائية التي تدفع تكوين المجرات.
في قلب IllustriousTNG يوجد نموذج رقمي حديث للكون ، يعمل على واحد من أقوى الحواسيب الفائقة في العالم: آلة Hazel Hen في مركز الحوسبة عالية الأداء في شتوتغارت ، ألمانيا. هازل هن هو أسرع كمبيوتر في ألمانيا ، و 19 أسرع كمبيوتر في العالم.
يشير نموذجنا الكوني الحالي إلى أن كثافة الطاقة والكون في الكون تهيمن عليها المادة المظلمة والطاقة المظلمة. نظرًا لعدم قدرتنا على ملاحظة أي من هذه الأشياء ، فإن الطريقة الوحيدة لاختبار هذا النموذج هي أن تكون قادرًا على عمل تنبؤات دقيقة حول بنية الأشياء التي يمكننا رؤيتها ، مثل النجوم والغازات المنتشرة وتراكم الثقوب السوداء. يتم تنظيم هذه الأشياء المرئية في شبكة كونية من الأوراق والخيوط والفراغات. داخل هذه المجرات ، وهي الوحدات الأساسية للبنية الكونية. لاختبار أفكارنا حول البنية المجرية ، يجب علينا إنشاء مجرات محاكاة واقعية وواقعية ، ثم مقارنتها بما هو حقيقي.
استخدم علماء الفيزياء الفلكية في الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا IllustrisTNG لإنشاء كونهم الخاص ، والذي يمكن بعد ذلك دراسته بالتفصيل. يرتبط IllustrisTNG بشدة بملاحظات الكون الحقيقي ، ولكنه يسمح للعلماء بالنظر إلى الأشياء المحجوبة في الكون الخاص بنا. وقد أدى هذا إلى بعض النتائج المثيرة للاهتمام حتى الآن ، ويساعد على الإجابة عن بعض الأسئلة الكبيرة في علم الكونيات والفيزياء الفلكية.
منذ أن علمنا أن المجرات تستضيف ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة (SMBHs) في مراكزها ، يُعتقد على نطاق واسع أن لها تأثيرًا عميقًا على تطور المجرات ، وربما على تكوينها. أدى هذا إلى السؤال الواضح: كيف تؤثر هذه SMBHs على المجرات التي تستضيفها؟ شرع TNG اللامع في الإجابة على هذا ، وأظهرت الورقة التي أعدها د. ديلان نيلسون في معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية أن "المحرك الأساسي لانتقال لون المجرة هو التغذية المرتدة للثقوب السوداء الفائقة في حالتها المتراكمة المنخفضة".
"إن الكيان المادي الوحيد القادر على إخماد تكوين النجوم في مجراتنا الإهليلجية الكبيرة هو الثقوب السوداء الهائلة في مراكزها." - د. ديلان نيلسون ، معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية ،
تتألق المجرات التي لا تزال في طور تشكيل النجوم بشكل مشرق في الضوء الأزرق لنجومها الفتية. ثم يتغير شيء وينتهي تكوين النجوم. بعد ذلك ، تهيمن على المجرة النجوم الحمراء القديمة ، وتنضم المجرة إلى مقبرة مليئة بالمجرات "الحمراء والميتة". كما يوضح نيلسون ، "إن الكيان المادي الوحيد القادر على إخماد تكوين النجوم في مجراتنا الإهليلجية الكبيرة هو الثقوب السوداء الهائلة في مراكزها." لكن كيف يفعلون ذلك؟
يعزوها نيلسون وزملاؤه إلى ردود الفعل الفائقة للثقب الأسود في حالة تراكمه المنخفض. ما يعنيه ذلك أنه عندما يتغذى الثقب الأسود ، فإنه يولد الرياح ، أو موجة الصدمة ، التي تنفخ الغازات المكونة للنجوم والغبار خارج المجرة. هذا يحد من تشكيل النجوم في المستقبل. تتقدم النجوم الموجودة وتتحول إلى اللون الأحمر ، ويتشكل القليل من النجوم الزرقاء الجديدة.
كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن المجرات الكبيرة تتشكل عندما تنضم المجرات الأصغر. مع نمو المجرة أكبر ، تجذب جاذبيتها المزيد من المجرات الأصغر فيها. خلال هذه التصادمات ، تمزق المجرات. بعض النجوم ستكون مبعثرة ، وستقيم في هالة حول المجرة الجديدة الأكبر. وهذا من شأنه أن يعطي للمجرة التي تم إنشاؤها حديثًا وهجًا خافتًا للضوء النجمي. لكن هذا توقع ، ومن الصعب جدًا ملاحظة هذه الوهج الشاحب.
"يمكن الآن التحقق من توقعاتنا بشكل منهجي من قبل المراقبين". - الدكتورة أناليزا بيليبيتش (معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية)
كان IllustrisTNG قادرًا على التنبؤ بشكل أكثر دقة لما يجب أن يبدو عليه هذا التوهج. وهذا يعطي الفلكيين فكرة أفضل عما يجب البحث عنه عندما يحاولون ملاحظة هذا التوهج النجمي الشاحب في الكون الحقيقي. تشير الدكتورة أناليزا بيليبيتش (MPIA) ، التي قادت دراسة تفسيرية أخرى ، إلى أن "توقعاتنا يمكن التحقق منها الآن بشكل منهجي من قبل المراقبين". "هذا يعطي اختبارا حاسما للنموذج النظري لتكوين المجرات الهرمية."
IllustrisTNG عبارة عن سلسلة من المحاكاة الجارية. حتى الآن ، كانت هناك ثلاث عمليات تشغيل IllustrisTNG ، كل منها يخلق محاكاة أكبر من السابقة. هم TNG 50 و TNG 100 و TNG 300. TNG300 أكبر بكثير من TNG50 وتسمح بدراسة منطقة أكبر تكشف عن أدلة حول بنية واسعة النطاق. على الرغم من أن TNG50 أصغر كثيرًا ، إلا أنه يحتوي على تفاصيل أكثر دقة. تعطينا نظرة أكثر تفصيلاً على الخصائص الهيكلية للمجرات والبنية التفصيلية للغاز حول المجرات. TNG100 في مكان ما في المنتصف.
IllustrisTNG ليست المحاكاة الديناميكية المائية الكونية الأولى. وتشمل الأنواع الأخرى Eagle و Horizon-AGN وسلف IllustrisTNG ، Illustris. لقد أظهروا مدى قوة هذه النماذج النظرية التنبؤية. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الخاصة بنا تزداد قوة ونمو فهمنا للفيزياء وعلم الكونيات معهم ، فإن هذه الأنواع من المحاكاة ستؤدي إلى نتائج أكبر وأكثر تفصيلاً.
