Од средине 20. века, научници су имали прилично добру представу о томе како је Универзум настао. Козмичка експанзија и откриће космичке микроталасне позадине (ЦМБ) дали су кредибилитет теорији Великог праска, а убрзана брзина ширења довела је до теорија о Тамној енергији. Ипак, о раном Универзуму постоји много тога што научници још увек не знају, што захтева да се они ослањају на симулације козмичке еволуције.
То традиционално представља проблем, јер ограничења рачунања значе да симулација може бити велика или детаљна, али не и једно и друго. Међутим, тим научника из Немачке и Сједињених Држава недавно је завршио нај детаљнију симулацију великих размера до данас. Позната као ТНГ50, ова најсавременија симулација омогућит ће истраживачима да проуче како се космос развијао у детаљима и у великим размјерима.
ТНГ50 је најновија симулација произведена од ИллустрисТНГ, континуираног пројекта посвећеног стварању великих, космолошких симулација формирања галаксија. Неописиво је то што избегава да се традиционални компромитирани астрономи са којима су присиљени борити се. Укратко, детаљне симулације претрпеле су мале количине података у прошлости, што је отежало статистичке закључке о космичкој еволуцији великих размјера.
С друге стране, симулацијама великог обима традиционално недостају детаљи који би репродуковали многа својства малих димензија као што су Универзум, што њихова предвиђања чини мање поузданим. ТНГ50 је прва оваква симулација, јер успева да комбинује идеју великих симулација - концепт „Универзума у кутији“ - са оном резолуцијом која је раније била могућа само симулацијама галаксије.
Ово је омогућио суперкомпјутер Хазел Хен из Стуттгарта, где је 16.000 језгара радило заједно више од годину дана - најдужа и најснажнија симулација до данас. Сама симулација се састоји од коцке простора димензије више од 230 милиона светлосних година која садржи више од 20 милијарди честица које представљају тамну материју, звезде, космички гас, магнетна поља и супермасивне црне рупе (СМБХ).
ТНГ50 такође може уочити физичке појаве које се јављају на скали до једне милионите укупне запремине (тј. 230 светлосних година). То омогућава симулацији да се прати истовремено еволуција хиљада галаксија током 13,8 милијарди година космичке историје. Резултати њихове симулације објављени су у два рада која су се недавно појавила у часопису Месечна обавештења Краљевског астрономског друштва.
Обе студије водили су др Анналиса Пиллепицх са Института за астрономију Мака Планка и др Дилан Нелсон са Института за астрофизику Мак Планцк. Као што је Дилан објаснио у саопштењу за РАС:
"Нумерички експерименти ове врсте су посебно успешни када извучете више него што сте убацили. У нашој симулацији видимо појаве које нису експлицитно програмиране у симулацијски код. Ове појаве настају природним путем, из сложене интеракције основних физичких састојака универзума нашег модела. "
Поред тога, ТНГ50 је прва оваква симулација две појаве које играју кључну улогу у еволуцији галаксија. Прво, истраживачки тим је приметио да су, како су се осврнули уназад времена, уредне, брзо ротирајуће диск-галаксије (попут Млечног пута) настале из почетно хаотичних облака гаса.
Како се овај гас таложио, новорођене звезде су усвајале све кружније орбите и на крају уступале великим спиралним галаксијама. Како је објаснила др Анналиса Пиллепицх:
„У пракси, ТНГ50 показује да је наша сопствена галаксија Млечни пут са својим танким диском на врхунцу моде галаксије: током последњих 10 милијарди година бар су оне галаксије које још формирају нове звезде постале све више налик диску, и њихови хаотични унутрашњи покрети су се знатно смањили. Универзум је био много месичнији када је имао само неколико милијарди година! “
Други појавни феномен појавио се док су се галаксије у симулацији изравнале, где су виђени брзи ветрови гаса који извиру из галаксија. Ово је потакнуто експлозијама супернова и активностима СМБХ у срцу симулираних галаксија. Још једном, поступак је у почетку био хаотичан, тако да је гас текао у свим правцима, али с временом је постао више фокусиран на путу најмање отпора.
До тренутне космолошке епохе, ови токови постају стожастог облика и струју са супротних крајева галаксије, при чему материјал успорава док напушта невидљиви гравитациони бунар тамне материје галаксије. На крају, овај материјал престаје да тече напољу и почиње да се враћа унутра, ефективно постаје галактичка фонтана рециклираног гаса.
Другим речима, ова симулација је такође прва такве врсте која показује како геометрија космичког гаса који тече око галаксија одређује њихове структуре (и обрнуто). За свој рад, др. Пиллепицх и др. Нелсон награђени су 2019. наградом Голден Спике, које члановима међународне истраживачке заједнице додељује Рачунални центар високих перформанси из Стуттгарта у Немачкој.
Др Нелсон и њихове колеге такође планирају да коначно изнесу све податке о симулацији ТНГ50 астрономској заједници и јавности. То ће омогућити астрономима и грађанима научницима да направе сопствена открића из симулације, која би могла укључивати додатне примере насталих космичких појава или резолуција за трајне космичке мистерије.
