Os primeiros resultados do Projeto IllustrisTNG foram publicados em três estudos separados e estão lançando uma nova luz sobre como os buracos negros moldam o cosmos e como as galáxias se formam e crescem. O Projeto IllustrisTNG se autodenomina "A próxima geração de simulações hidrodinâmicas cosmológicas". O Projeto é uma série contínua de simulações hidrodinâmicas massivas do nosso Universo. Seu objetivo é entender os processos físicos que impulsionam a formação de galáxias.
No coração do IllustriousTNG está um modelo numérico de última geração do Universo, rodando em um dos supercomputadores mais poderosos do mundo: a máquina Hazel Hen no Centro de Computação de Alto Desempenho em Stuttgart, Alemanha. Hazel Hen é o computador mais rápido da Alemanha e o 19º mais rápido do mundo.
Nosso modelo cosmológico atual sugere que a densidade de energia em massa do Universo é dominada pela matéria escura e pela energia escura. Como não podemos observar nenhuma dessas coisas, a única maneira de testar esse modelo é poder fazer previsões precisas sobre a estrutura das coisas que podemos ver, como estrelas, gás difuso e acumulação de buracos negros. Essas coisas visíveis são organizadas em uma teia cósmica de folhas, filamentos e vazios. Dentro dessas galáxias, são as unidades básicas da estrutura cósmica. Para testar nossas idéias sobre a estrutura galáctica, precisamos fazer galáxias simuladas detalhadas e realistas e compará-las com o que é real.
Astrofísicos nos EUA e na Alemanha usaram o IllustrisTNG para criar seu próprio universo, que poderia ser estudado em detalhes. O IllustrisTNG se correlaciona fortemente com as observações do universo real, mas permite que os cientistas observem coisas que são obscurecidas em nosso próprio universo. Isso levou a alguns resultados muito interessantes até agora e está ajudando a responder a algumas grandes questões em cosmologia e astrofísica.
Desde que aprendemos que as galáxias hospedam buracos negros supermassivos (SMBHs) em seus centros, acredita-se amplamente que eles tenham uma profunda influência na evolução das galáxias e, possivelmente, em sua formação. Isso levou à pergunta óbvia: como essas SMBHs influenciam as galáxias que as hospedam? O ilustre TNG decidiu responder a isso, e o artigo do Dr. Dylan Nelson, do Instituto Max Planck de Astrofísica, mostra que "o principal fator de transição de cores da galáxia é o feedback supermassivo de buracos negros em seu estado de baixa acreção".
"A única entidade física capaz de extinguir a formação estelar em nossas grandes galáxias elípticas são os buracos negros supermassivos em seus centros". - Dr. Dylan Nelson, Instituto Max Planck de Astrofísica,
Galáxias que ainda estão em sua fase de formação de estrelas brilham intensamente na luz azul de suas jovens estrelas. Então algo muda e a formação estelar termina. Depois disso, a galáxia é dominada por estrelas vermelhas mais antigas e se junta a um cemitério cheio de galáxias "vermelhas e mortas". Como explica Nelson, "a única entidade física capaz de extinguir a formação estelar em nossas grandes galáxias elípticas são os buracos negros supermassivos em seus centros". Mas como eles fazem isso?
Nelson e seus colegas atribuem isso ao feedback supermassivo do buraco negro em seu estado de baixa acreção. O que isso significa é que, à medida que um buraco negro se alimenta, ele cria um vento, ou uma onda de choque, que expele gás e poeira formadores de estrelas para fora da galáxia. Isso limita a formação futura de estrelas. As estrelas existentes envelhecem e ficam vermelhas, e poucas novas estrelas azuis se formam.
Há muito se pensa que galáxias grandes se formam quando galáxias menores se juntam. À medida que a galáxia cresce, sua gravidade atrai galáxias menores. Durante essas colisões, galáxias são dilaceradas. Algumas estrelas serão espalhadas e se estabelecerão em uma auréola ao redor da nova e maior galáxia. Isso deve dar à galáxia recém-criada um leve brilho de luz estelar no fundo. Mas isso é uma previsão, e esses brilhos pálidos são muito difíceis de observar.
"Nossas previsões agora podem ser sistematicamente verificadas pelos observadores." - Dra. Annalisa Pillepich (Instituto de Astrofísica Max Planck)
O IllustrisTNG foi capaz de prever com mais precisão como deveria ser esse brilho. Isso dá aos astrônomos uma idéia melhor do que procurar quando tentam observar esse pálido brilho estelar no universo real. "Nossas previsões agora podem ser sistematicamente verificadas pelos observadores", ressalta a Dra. Annalisa Pillepich (MPIA), que liderou um estudo adicional do IllustrisTNG. "Isso produz um teste crítico para o modelo teórico de formação hierárquica de galáxias".
O IllustrisTNG é uma série contínua de simulações. Até o momento, foram realizadas três execuções no IllustrisTNG, cada uma criando uma simulação maior que a anterior. Eles são TNG 50, TNG 100 e TNG 300. O TNG300 é muito maior que o TNG50 e permite que uma área maior seja estudada, o que revela pistas sobre a estrutura em larga escala. Embora o TNG50 seja muito menor, ele possui detalhes muito mais precisos. Ele nos fornece uma visão mais detalhada das propriedades estruturais das galáxias e da estrutura detalhada do gás ao redor das galáxias. TNG100 está em algum lugar no meio.
O IllustrisTNG não é a primeira simulação hidrodinâmica cosmológica. Outros incluem Eagle, Horizon-AGN e o antecessor do IllustrisTNG, Illustris. Eles mostraram o quão poderosos esses modelos teóricos preditivos podem ser. À medida que nossos computadores se tornam mais poderosos e nossa compreensão da física e da cosmologia cresce junto com eles, esses tipos de simulações produzirão resultados maiores e mais detalhados.
