Los primeros resultados del Proyecto IllustrisTNG se han publicado en tres estudios separados, y arrojan nueva luz sobre cómo los agujeros negros dan forma al cosmos y cómo se forman y crecen las galaxias. El Proyecto IllustrisTNG se anuncia a sí mismo como "La próxima generación de simulaciones hidrodinámicas cosmológicas". El Proyecto es una serie continua de simulaciones hidrodinámicas masivas de nuestro Universo. Su objetivo es comprender los procesos físicos que impulsan la formación de galaxias.
En el corazón de IllustriousTNG se encuentra un modelo numérico de última generación del Universo, que se ejecuta en una de las supercomputadoras más poderosas del mundo: la máquina Hazel Hen en el Centro de Computación de Alto Rendimiento en Stuttgart, Alemania. Hazel Hen es la computadora más rápida de Alemania y la 19ª más rápida del mundo.
Nuestro modelo cosmológico actual sugiere que la densidad de masa-energía del Universo está dominada por la materia oscura y la energía oscura. Como no podemos observar ninguna de esas cosas, la única forma de probar este modelo es hacer predicciones precisas sobre la estructura de las cosas que podemos ver, como estrellas, gas difuso y agujeros negros crecientes. Estas cosas visibles están organizadas en una red cósmica de láminas, filamentos y huecos. Dentro de estas hay galaxias, que son las unidades básicas de la estructura cósmica. Para probar nuestras ideas sobre la estructura galáctica, tenemos que hacer galaxias simuladas detalladas y realistas, luego compararlas con lo que es real.
Los astrofísicos de EE. UU. Y Alemania utilizaron IllustrisTNG para crear su propio universo, que luego podría estudiarse en detalle. IllustrisTNG se correlaciona muy fuertemente con las observaciones del Universo real, pero permite a los científicos observar las cosas que están oscurecidas en nuestro propio Universo. Esto ha llevado a algunos resultados muy interesantes hasta ahora, y está ayudando a responder algunas grandes preguntas en cosmología y astrofísica.
Desde que supimos que las galaxias albergan agujeros negros supermasivos (SMBH) en sus centros, se cree ampliamente que tienen una profunda influencia en la evolución de las galaxias, y posiblemente en su formación. Eso ha llevado a la pregunta obvia: ¿Cómo influyen estos SMBH en las galaxias que los albergan? El ilustre TNG se propuso responder a esto, y el documento del Dr. Dylan Nelson del Instituto Max Planck de Astrofísica muestra que "el principal impulsor de la transición de color de la galaxia es la retroalimentación de agujero negro supermasivo en su estado de baja acreción".
"La única entidad física capaz de extinguir la formación de estrellas en nuestras grandes galaxias elípticas son los agujeros negros supermasivos en sus centros". - Dr. Dylan Nelson, Instituto Max Planck de Astrofísica,
Las galaxias que aún están en su fase de formación de estrellas brillan intensamente a la luz azul de sus estrellas jóvenes. Entonces algo cambia y la formación de estrellas termina. Después de eso, la galaxia está dominada por estrellas rojas más antiguas, y la galaxia se une a un cementerio lleno de galaxias "rojas y muertas". Como explica Nelson, "la única entidad física capaz de extinguir la formación de estrellas en nuestras grandes galaxias elípticas son los agujeros negros supermasivos en sus centros". ¿Pero cómo hacen eso?
Nelson y sus colegas lo atribuyen a la retroalimentación de agujero negro supermasivo en su estado de baja acreción. Lo que eso significa es que a medida que se alimenta un agujero negro, crea un viento, o una onda de choque, que expulsa el gas y el polvo que forman estrellas de la galaxia. Esto limita la formación futura de estrellas. Las estrellas existentes envejecen y se vuelven rojas, y se forman pocas estrellas azules nuevas.
Durante mucho tiempo se pensó que las galaxias grandes se forman cuando las galaxias más pequeñas se unen. A medida que la galaxia crece, su gravedad atrae a más galaxias más pequeñas. Durante estas colisiones, las galaxias se desgarran. Algunas estrellas se dispersarán y se instalarán en un halo alrededor de la nueva galaxia más grande. Esto debería darle a la galaxia recién creada un tenue brillo de fondo de luz estelar. Pero esta es una predicción, y estos brillos pálidos son muy difíciles de observar.
"Nuestras predicciones ahora pueden ser verificadas sistemáticamente por los observadores". - Dra. Annalisa Pillepich (Instituto Max Planck de Astrofísica)
IllustrisTNG pudo predecir con mayor precisión cómo debería ser este brillo. Esto les da a los astrónomos una mejor idea de qué buscar cuando intentan observar este brillo estelar pálido en el Universo real. "Nuestras predicciones ahora pueden ser verificadas sistemáticamente por observadores", señala la Dra. Annalisa Pillepich (MPIA), quien dirigió un estudio adicional de IllustrisTNG. "Esto produce una prueba crítica para el modelo teórico de la formación jerárquica de galaxias".
IllustrisTNG es una serie continua de simulaciones. Hasta ahora, ha habido tres ejecuciones de IllustrisTNG, cada una creando una simulación más grande que la anterior. Son TNG 50, TNG 100 y TNG 300. TNG300 es mucho más grande que TNG50 y permite estudiar un área más grande que revela pistas sobre la estructura a gran escala. Aunque TNG50 es mucho más pequeño, tiene detalles mucho más precisos. Nos da una visión más detallada de las propiedades estructurales de las galaxias y la estructura detallada del gas alrededor de las galaxias. TNG100 está en algún lugar en el medio.
IllustrisTNG no es la primera simulación hidrodinámica cosmológica. Otros incluyen Eagle, Horizon-AGN y el predecesor de IllustrisTNG, Illustris. Han demostrado cuán poderosos pueden ser estos modelos teóricos predictivos. A medida que nuestras computadoras se vuelvan más poderosas y nuestra comprensión de la física y la cosmología crezca junto con ellas, este tipo de simulaciones producirán resultados mejores y más detallados.
