Формирање галаксија је сложен плес између материје и енергије, који се одвија на сцени космичких пропорција и која се протеже милијардама година. Како је разноликост структурираних и динамичних галаксија које данас посматрамо настала из ватреног хаоса Великог праска, остаје једна од најтежих нерешених загонетки космологије.
У потрази за одговорима, међународни тим научника створио је до сада детаљнији модел свемира великих размера до сада, симулацију коју називају ТНГ50. Њихов виртуелни универзум, широк око 230 милиона светлосних година, садржи десетине хиљада еволуирајућих галаксија са нивоима детаља који су претходно виђени само у моделима с једном галаксијом. Симулација је пратила више од 20 милијарди честица које представљају тамну материју, гасове, звезде и супермасивне црне рупе, током периода од 13,8 милијарди година.
Невиђена резолуција и размера омогућили су истраживачима да прикупе кључне увиде о прошлости нашег свемира, откривајући како су се разне чудно обликоване галаксије претопиле у биће и како су звјездане експлозије и црне рупе покренуле ову галактичку еволуцију. Њихови резултати објављени су у два чланка која ће бити представљена у броју за децембар 2019. године часописа Месечна обавештења Краљевског астрономског друштва.
ТНГ50 је најновија симулација креирана у оквиру ИллустрисТНГ пројекта, који има за циљ да створи комплетну слику о томе како се наш универзум развијао од Великог праска стварањем свемира великих размера, а да притом није жртвовао ситне детаље појединих галаксија.
"Ове су симулације огромне скупове података на којима можемо научити тону дисекцијом и разумевањем формирања и еволуције галаксија унутар њих", рекао је Паул Торреи, ванредни професор физике на Универзитету Флорида и коаутор студије. "Оно што је у основи ТНГ50 ново је да добијате довољно високу масу и просторну резолуцију унутар галаксија које вам дају јасну слику о томе како изгледа унутрашња структура система како се формирају и развијају."
Пажња модела на детаље долази по некој цијени. Симулација је захтевала 16.000 процесорских језгара суперрачунара Хазел Хен у Штутгарту у Немачкој и ради непрекидно дуже од годину дана. Исти израчун би требао да израчуна један системски процес 15.000 година. Иако су једна од рачуно најтежих астрофизичких симулација у историји, истраживачи верују да им се улагање исплатило.
"Нумерички експерименти ове врсте су посебно успешни када извучете више него што уложите", изјавио је у изјави Дилан Нелсон, постдокторски сарадник Института Мак Планцк за астрофизику у Минхену, Немачка, и коаутор студије. . "У нашој симулацији видимо појаве које нису експлицитно програмиране у симулацијски код. Те појаве настају на природан начин, из сложене интеракције основних физичких састојака нашег универзума модела."
Та појава која се појављује могла би бити од суштинске важности за разумевање зашто се наш универзум појављује такав какав је данас 13,8 милијарди година након Великог праска. ТНГ50 је омогућио истраживачима из прве руке да виде како се галаксије могу појавити из турбулентних облака гаса присутних убрзо након што се универзум родио. Открили су да су галаксије у облику диска, заједничке нашем космичком кварту, природно настале у оквиру њихове симулације и произвеле су унутрашње структуре, укључујући спиралне кракове, испупчења и шипке које се протежу од њихових централних супермасивних црних рупа. Када су упоредили свој рачунарски генерисани универзум са опажањима из стварног живота, открили су да је њихова популација галаксија квалитативно у складу са стварношћу.
Како су се њихове галаксије наставиле слагати у добро уређене ротирајуће дискове, почео се појављивати још један феномен. Експлозије супернове и супермасивне црне рупе у срцу сваке галаксије створиле су одливе гаса велике брзине. Ти одливи се преливају у фонтане гаса које се дижу хиљадама светлосних година изнад галаксије. Тегљач гравитације на крају је вратио већи део овог гаса на диск галаксије, редистрибуирајући га до његове спољне ивице и створивши повратну петљу одлива и дотока гаса. Осим што су рециклирали састојке за формирање нових звезда, показали су се и одливи који мењају структуру своје галаксије. Рециклирани гасови су убрзали трансформацију галаксија у танке ротирајуће дискове.
Упркос овим почетним налазима, тим још увек није завршио сецирање свог модела. Они такође планирају јавно објавити све податке симулације за астрономе широм света да проуче свој виртуелни космос.
"Пред нама је огроман пут кад смо ове симулације завршили", рекао је Торреи. "Читав тим истраживача ради на бољем разумевању детаљних својстава галаксија које се формирају и какви се трендови појављују у тим подацима."
