Universul lor virtual, întins pe 230 de milioane de ani-lumină, conține zeci de mii de galaxii în evoluție, cu niveluri de detaliere văzute până acum doar pe modele de galaxie unică. Simularea a urmărit peste 20 de miliarde de particule reprezentând materie întunecată, gaze, stele și găuri negre supermasive, pe o perioadă de 13,8 miliarde de ani.
Rezoluția și mărimea fără precedent au permis cercetătorilor să-și grupeze observațiile din trecutul universului nostru, arătând cum au evoluat gradat la starea de azi galaxii variate și de forme ciudate și cum au antrenat această evoluție galactică exploziile stelare și găurile negre. Rezultatele sunt adunate în două articole care vor apărea în decembrie în revista Monthly Notices of the Royal Astronomic Society.
TNG50 este cea mai recentă simulare creată de IllustrisTNG Project, care urmărește să producă o imagine completă a evoluției universului după Big Bang fără a sacrifica detaliile fine ale galaxiilor individuale. Atenția pentru detalii a modelului vine cu un anumit cost. Simularea a necesitat 16.000 de nuclee procesoare la supercomputerul Hazel Hen din Stuttgart, rulând continuu timp de un an. Unui sistem cu un singur procesor i-ar fi trebuit 15.000 de ani ca să reproducă acest calcul. În ciuda faptului că a fost simularea astrofizică cea mai amplă computațional din istorie, cercetătorii spun că a meritat.
„Experimentele numerice de acest fel au un succes deosebit atunci când obții mai mult decât ai introdus”, spune Dylan Nelson, cercetător postdoctoral la Institutul de Astrofizică Max Planck din München și coautor al studiului: „În simularea noastră vedem fenomene care n-au fost programate explicit în codul simulării. Aceste fenomene apar în mod natural din interacțiunea complexă a ingredientelor fizice de bază din modelul nostru al universului”.
Nașterea unei galaxii (Foto: TNG Collaboration)
În simularea violentă a nașterii unei galaxii, structurile de materie întunecată (în alb) fuzionează, în timp ce găurile negre supermasive și supernovele expulzează gaz cosmic (mișcarea gazului este evidențiată în roșu). Acest fenomen poate fi esențial pentru a înțelege de ce universul arată așa cum e azi, la 13,8 miliarde de ani de la Big Bang. TNG50 le-a permis cercetătorilor să vadă pentru prima oară cum ar fi putut apărea galaxiile din norii turbulenți de gaz la scurt timp după ce s-a născut universul. Ei au descoperit că galaxiile în formă de disc comune vecinătății noastre cosmice au apărut natural în simulare și au produs structuri interne, inclusiv brațe spiralate, protuberanțe și bare care se extind de la găurile negre supermasive centrale. Când au comparat universul generat pe computer cu observațiile din viața reală au descoperit că populațiile de galaxii erau apropiate calitativ de realitate.
Pe măsură ce galaxiile lor continuau să se aplatizeze în discuri rotative bine ordonate, un alt fenomen a început să apară. Exploziile supernovelor și găurile negre supermasive din inima fiecărei galaxii dispersau cu mare viteză fluxuri de gaze. Acestea evoluau în jeturi care se ridicau la mii de ani-lumină deasupra galaxiilor. Forța gravitațională a adus în cele din urmă mult din aceste gaze înapoi pe discul galaxiei, redistribuindu-le spre marginile exterioare și creând o buclă de feedback între fluxurile exterioare și cele înspre interior. Pe lângă reciclarea ingredientelor prin formarea de noi stele, se observa cum fluxurile înspre exterior schimbau structura galaxiei. Gazele reciclate accelerau transformarea galaxiilor în discuri subțiri rotative.
Pe lângă aceste descoperiri inițiale, echipa este departe de finalul disecării modelului. Ei plănuiesc și să distribuie public toate datele simulării pentru ca astronomii din toată lumea să studieze cosmosul lor virtual. „Este un drum uriaș în fața noastră acum, când avem aceste simulări complete”, spune Paul Torrey, profesor de fizică la Universitatea Florida și coautor al studiului. „O întreagă echipă de cercetători lucrează pentru mai buna înțelegere în detaliu a proprietăților galaxiilor care se formează și tendințele care apar din aceste date”. (Live Science – livescience.com)
