Новые вычислительные методы позволили создать наиболее детальное моделирование масштаба Вселенной. Инструмент предлагает свежую информацию о роли черных дыр в распределении темной материи, процессе создания и распространения тяжелых элементов, а также о возникновении магнитных полей.
Модель IllustrisTNG считается наиболее продвинутым универсальным симулятором. Детали и масштаб позволяют изучать формирование галактик, их развитие и рост в тандеме с активным процессом звездного рождения.
При телескопическом обзоре галактик ученые могут измерять только определенные характеристики и конкретное количество объектов. Моделирование позволяет отслеживать все свойства для всех галактик. Причем исследователи получают вид не только на современную галактическую «внешность», но и просматривают всю ее историю.
Над разработкой, тестированием и анализом новых данных проекта работали сотрудники Массачусетского технологического института и Института астрофизики и космических исследований им. М.К. Кавли. Высокое разрешение IllustrisTNG в сочетании со сложной моделью галактического формирования позволило детально рассмотреть вопросы магнитных полей.
Моделирование реалистичной Вселенной
IllustrisTNG – приемник оригинальной симуляции Illustris, созданной той же исследовательской группой. Ее обновили, чтобы добавить некоторые физические процессы, играющие ключевую роль в формировании и эволюции галактик.
Проект также создает модель кубической Вселенной, которая по размерам уступает нашей. Модель отслеживает формирование миллиона галактик с почти 1 млрд. световых лет в одну сторону.
Космическая сеть газа и темной материи создает галактики, напоминающие по форме и размеру реальные. Впервые гидродинамическое моделирование сумело непосредственно показать детали создания скоплений.
Модель также предсказывает то, как именно будет меняться космическое полотно со временем. Главное внимание уделили темной материи, лежащей в основе всего пространства. Получилось даже предсказать влияние сверхмассивных черных дыр на распределение вещества в крупных масштабах.
Астрофизика с кодом и суперкомпьютером
Для проекта потребовалось создать мощную версию высокопараллельного косинусного кода AREPO. Его использовали на самом быстром немецком компьютере Hazel Hen. Чтобы провести одну из двух главных симуляций, команде пришлось подключить более 24000 процессоров. Новые симуляции предоставили более 500 терабайт сведений, на анализ которых уйдет много лет.
Сверхмассивные черные дыры подавляют звездное рождение
В одном из исследований удалось показать воздействие черных дыр на галактики. Звездное формирование заставляет их сиять синим от юных объектов. Однако наступает внезапный эволюционный сдвиг и активность затухает. Тогда галактика наполняется красными старыми звездами и умирает.
Единственный физический объект, способный привести к подобному, это сверхмассивные черные дыры. Их стремительные оттоки разгоняются до 10% световой скорости и влияют на звездные системы.
Новые результаты для галактических структур
IllustrisTNG улучшает понимание иерархичной структуры галактического формирования. Теоретики считают, что все начинается с появления маленьких галактик, которые сливаются в более крупные объекты. Многочисленные столкновения раздирают галактики и разбрасывают звезды для создания новых галактик. Теперь IllustrisTNG поможет проверить прогнозы.