Hasil pertama dari Proyek IllustrisTNG telah diterbitkan dalam tiga studi terpisah, dan mereka memberi cahaya baru tentang bagaimana lubang hitam membentuk kosmos, dan bagaimana galaksi terbentuk dan tumbuh. Proyek IllustrisTNG menyebut dirinya sebagai “Generasi berikutnya dari simulasi hidrodinami kosmologis.” Proyek ini merupakan rangkaian simulasi hidrodinamika masif dari Alam Semesta yang sedang berlangsung. Tujuannya adalah untuk memahami proses fisik yang mendorong pembentukan galaksi.
Di jantung IllustriousTNG adalah keadaan model numerik seni Semesta, berjalan pada salah satu superkomputer paling kuat di dunia: mesin Hazel Hen di High-Performance Computing Center di Stuttgart, Jerman. Hazel Hen adalah komputer tercepat di Jerman, dan tercepat ke-19 di dunia.
Model kosmologis kami saat ini menunjukkan bahwa kerapatan-massa energi Semesta didominasi oleh materi gelap dan energi gelap. Karena kita tidak dapat mengamati salah satu dari hal-hal itu, satu-satunya cara untuk menguji model ini adalah untuk dapat membuat prediksi yang tepat tentang struktur hal-hal yang dapat kita lihat, seperti bintang, gas difus, dan lubang hitam yang bertambah. Hal-hal yang terlihat ini disusun dalam jaring kosmik lembaran, filamen, dan rongga. Di dalamnya terdapat galaksi, yang merupakan unit dasar dari struktur kosmik. Untuk menguji gagasan kami tentang struktur galaksi, kita harus membuat galaksi simulasi yang terperinci dan realistis, lalu membandingkannya dengan apa yang nyata.
Ahli astrofisika di AS dan Jerman menggunakan IllustrisTNG untuk menciptakan alam semesta mereka sendiri, yang kemudian dapat dipelajari secara terperinci. IllustrisTNG berkorelasi sangat kuat dengan pengamatan Alam Semesta yang sebenarnya, tetapi memungkinkan para ilmuwan untuk melihat hal-hal yang dikaburkan di Alam Semesta kita sendiri. Ini telah menghasilkan beberapa hasil yang sangat menarik sejauh ini, dan membantu menjawab beberapa pertanyaan besar dalam kosmologi dan astrofisika.
Sejak kita mengetahui bahwa galaksi menjadi tuan rumah lubang hitam supermasif (SMBH) di pusatnya, secara luas diyakini bahwa mereka memiliki pengaruh besar pada evolusi galaksi, dan mungkin pada pembentukannya. Itu menimbulkan pertanyaan yang jelas: Bagaimana SMBH ini memengaruhi galaksi yang menampung mereka? TNG terkenal untuk menjawab ini, dan makalah oleh Dr. Dylan Nelson di Max Planck Institute for Astrophysics menunjukkan bahwa "pendorong utama transisi warna galaksi adalah umpan balik lubang hitam supermasif dalam keadaan akresi rendahnya."
"Satu-satunya entitas fisik yang mampu memadamkan pembentukan bintang di galaksi elips besar kita adalah lubang hitam supermasif di pusatnya." - Dr. Dylan Nelson, Institut Max Planck untuk Astrofisika,
Galaksi yang masih dalam fase pembentukan bintangnya bersinar terang di cahaya biru bintang muda mereka. Kemudian sesuatu berubah dan pembentukan bintang berakhir. Setelah itu, galaksi didominasi oleh bintang-bintang merah yang lebih tua, dan galaksi bergabung dengan kuburan yang penuh dengan galaksi "merah dan mati". Nelson menjelaskan, "Satu-satunya entitas fisik yang mampu memadamkan pembentukan bintang di galaksi elips besar kita adalah lubang hitam supermasif di pusatnya." Tetapi bagaimana mereka melakukan itu?
Nelson dan rekan-rekannya mengaitkannya dengan umpan balik lubang hitam supermasif dalam kondisi akresi rendah. Apa artinya itu adalah bahwa ketika black hole memberi makan, ia menciptakan angin, atau gelombang kejut, yang meniupkan gas dan debu pembentuk bintang dari galaksi. Ini membatasi pembentukan bintang di masa depan. Bintang-bintang yang ada menua dan berubah merah, dan beberapa bintang biru baru terbentuk.
Sudah lama diperkirakan bahwa galaksi besar terbentuk ketika galaksi kecil bergabung. Saat galaksi tumbuh lebih besar, gravitasinya menarik galaksi yang lebih kecil ke dalamnya. Selama tabrakan ini, galaksi terkoyak. Beberapa bintang akan tersebar, dan akan bertempat tinggal di lingkaran cahaya di sekitar galaksi baru yang lebih besar. Ini seharusnya memberikan cahaya latar belakang samar dari cahaya bintang kepada galaksi yang baru dibuat. Tapi ini prediksi, dan cahaya pucat ini sangat sulit untuk diamati.
"Prediksi kami sekarang dapat diperiksa secara sistematis oleh pengamat." - Dr. Annalisa Pillepich (Institut Max Planck untuk Astrofisika)
IllustrisTNG dapat memprediksi dengan lebih tepat seperti apa cahaya ini. Ini memberikan para astronom ide yang lebih baik tentang apa yang harus dicari ketika mereka mencoba mengamati cahaya bintang pucat ini di Alam Semesta yang sebenarnya. "Prediksi kami sekarang dapat diperiksa secara sistematis oleh pengamat," Dr. Annalisa Pillepich (MPIA) menunjukkan, yang memimpin studi IllustrisTNG lebih lanjut. "Ini menghasilkan tes kritis untuk model teoritis pembentukan galaksi hierarkis."
IllustrisTNG adalah serangkaian simulasi yang sedang berlangsung. Sejauh ini, ada tiga IllustrisTNG berjalan, masing-masing membuat simulasi yang lebih besar dari yang sebelumnya. Mereka adalah TNG 50, TNG 100, dan TNG 300. TNG300 jauh lebih besar dari TNG50 dan memungkinkan area yang lebih besar untuk dipelajari yang mengungkapkan petunjuk tentang struktur skala besar. Meskipun TNG50 jauh lebih kecil, ia memiliki detail yang jauh lebih tepat. Ini memberi kita pandangan yang lebih rinci pada sifat-sifat struktural galaksi dan struktur terperinci gas di sekitar galaksi. TNG100 ada di suatu tempat di tengah.
IllustrisTNG bukan simulasi hidrodinamikal kosmologis pertama. Lainnya termasuk Elang, Horizon-AGN, dan pendahulu IllustrisTNG, Illustris. Mereka telah menunjukkan betapa kuatnya model teoritis prediksi ini. Ketika komputer kita tumbuh lebih kuat dan pemahaman kita tentang fisika dan kosmologi tumbuh bersama mereka, jenis simulasi ini akan menghasilkan hasil yang lebih besar dan lebih rinci.
