20. yüzyılın ortalarından beri, bilim adamları Evrenin nasıl ortaya çıktığı hakkında oldukça iyi bir fikre sahiplerdi. Kozmik genişleme ve Kozmik Mikrodalga Altyapısının (SPK) keşfi, Big Bang Teorisine güvenilirlik kazandırdı ve artan genişleme oranı Karanlık Enerji ile ilgili teorilere yol açtı. Yine de, bilim adamlarının hala bilmediği erken Evren hakkında, kozmik evrim üzerindeki simülasyonlara güvenmelerini gerektiren çok şey var.
Hesaplamanın sınırlamaları, simülasyonun büyük ölçekli veya ayrıntılı olabileceği, ancak her ikisinin birden olmadığı anlamına geldiği için, bu geleneksel olarak biraz sorun yaratmıştır. Bununla birlikte, Almanya ve ABD'den bir bilim adamı ekibi yakın zamanda bugüne kadarki en ayrıntılı büyük ölçekli simülasyonu tamamladı. TNG50 olarak bilinen bu son teknoloji simülasyon, araştırmacıların kozmosun hem ayrıntılı hem de büyük ölçekte nasıl evrimleştiğini incelemesine izin verecektir.
TNG50, galaksi oluşumunun büyük, kozmolojik simülasyonlarının yaratılmasına adanmış bir proje olan IllustrisTNG tarafından üretilen en son simülasyon. Geleneksel takas astronomlarının uğraşmak zorunda kalmamaları kaçınılmazdır. Kısacası, detaylı simülasyonlar geçmişte düşük hacimlerden muzdaripti ve bu da büyük ölçekli kozmik evrim hakkında istatistiksel kesintileri zorlaştırdı.
Öte yandan, büyük hacimli simülasyonlar geleneksel olarak Evrendeki küçük ölçekli özelliklerin çoğunu üretme detayından yoksundur, bu da tahminlerini daha az güvenilir kılar. TNG50, büyük ölçekli simülasyonlar fikrini - “bir kutudaki evren” kavramı - daha önce sadece galaksi simülasyonları ile mümkün olan çözünürlükle birleştirmeyi başarması bakımından türünün ilk simülasyonudur.
Bu, Stuttgart'taki Hazel Hen süper bilgisayarı tarafından, 16.000 çekirdeğin bir yıldan fazla bir süre boyunca birlikte çalıştığı - bugüne kadarki en uzun ve en yoğun kaynak simülasyonu ile mümkün oldu. Simülasyonun kendisi, karanlık maddeyi, yıldızları, kozmik gazı, manyetik alanları ve süper kütleli kara delikleri (SMBH'ler) temsil eden 20 milyardan fazla parçacık içeren 230 milyon ışıkyılı çapında bir alan küpünden oluşur.
TNG50, toplam hacmin milyonda birine kadar olan ölçeklerde (yani 230 ışıkyılı) ortaya çıkan fiziksel olayları da ayırt edebilir. Bu, simülasyonun 13.8 milyar yıllık kozmik tarih boyunca binlerce galaksinin eşzamanlı evrimini izlemesini sağlar. Simülasyonlarının sonuçları, dergide son zamanlarda çıkan iki makalede yayınlandı Kraliyet Astronomi Derneği Aylık Bildirimleri.
Her iki çalışma da Max Planck Astronomi Enstitüsü'nden Dr. Annalisa Pillepich ve Max Planck Astrofizik Enstitüsü'nden Dr. Dylan Nelson tarafından yönetildi. Dylan'ın RAS basın bülteninde açıkladığı gibi:
“Bu tür sayısal deneyler, ortaya koyduğunuzdan daha fazlasını çıkardığınızda özellikle başarılı. Simülasyonumuzda, simülasyon koduna açıkça programlanmamış fenomenler görüyoruz. Bu fenomenler, model evrenimizin temel fiziksel bileşenlerinin karmaşık etkileşimlerinden doğal bir şekilde ortaya çıkıyor. ”
Buna ek olarak, TNG50, türünün galaksilerin evriminde önemli bir rol oynayan iki ortaya çıkan fenomene türünün ilk simülasyonudur. İlk olarak, araştırma ekibi, geriye baktıklarında, düzenli olarak, hızla dönen disk gökadalarının (Samanyolu gibi) başlangıçta kaotik gaz bulutlarından ortaya çıktığını fark etti.
Bu gaz yerleştikçe, yeni doğan yıldızlar giderek dairesel döngüleri benimseyerek sonunda büyük sarmal gökadalara yol açtı. Dr. Annalisa Pillepich'in açıkladığı gibi:
“Uygulamada, TNG50, ince diskli kendi Samanyolu galaksimizin galaksi modasının zirvesinde olduğunu gösteriyor: son 10 milyar yılda, en azından hala yeni yıldızlar oluşturan galaksiler gittikçe daha disk benzeri hale geldi, ve kaotik iç hareketleri önemli ölçüde azaldı. Evren sadece birkaç milyar yaşındayken çok daha karışıktı! ”
Ortaya çıkan ikinci fenomen, galaksilerden yüksek hızlı gaz rüzgarlarının görüldüğü simülasyonda gökadaların düzleşmesiyle ortaya çıktı. Bu, süpernova patlamaları ve simüle edilmiş galaksilerin kalbindeki SMBH'lerin faaliyetleri tarafından yönlendirildi. Bir kez daha, işlem başlangıçta kaotik bir şekilde gaz her yöne akıyordu, ama sonunda en az dirençli bir yol boyunca daha odaklı hale geldi.
Mevcut kozmolojik çağda, bu akışlar koni şeklindedir ve galaksinin karanlık maddesinin halo'sunun görünmez kütlesini iyi bıraktığı için malzeme yavaşlayarak, galaksinin karşı uçlarından akar. Sonunda, bu malzeme dışarı doğru akmayı durdurur ve geri çekilmeye başlar ve etkili bir şekilde geri dönüştürülmüş gazın galaktik bir çeşmesi haline gelir.
Başka bir deyişle, bu simülasyon, kozmik gazın gökadaların etrafına aktığı geometrinin yapılarını nasıl belirlediğini gösteren türünün ilk örneğidir (veya tersi). Çalışmaları için Dr.Pillepich ve Dr. Nelson, Stuttgart, Almanya'daki Yüksek Performanslı Bilgisayar Merkezi tarafından uluslararası araştırma topluluğu üyelerine verilen 2019 Altın Spike Ödülü'ne layık görüldü.
Dr. Nelson ve meslektaşları da nihayetinde tüm TNG50 simülasyon verilerini astronomik topluluğa ve halka yayınlayacak. Bu, gökbilimcilere ve vatandaş bilim adamlarına, ortaya çıkan kozmik fenomenlerin veya kalıcı kozmik gizemlere yönelik çözümlerin ek örneklerini içerebilen simülasyondan kendi keşiflerini yapmalarına izin verecektir.
