Các kết quả đầu tiên của Dự án IllustrisTNG đã được công bố trong ba nghiên cứu riêng biệt và họ đã đưa ra ánh sáng mới về cách các lỗ đen hình thành vũ trụ và cách các thiên hà hình thành và phát triển. Dự án IllustrisTNG tự nhận mình là Thế hệ tiếp theo của mô phỏng thủy động lực học vũ trụ. Dự án là một loạt các mô phỏng thủy động lực học khổng lồ đang diễn ra trong Vũ trụ của chúng ta. Mục tiêu của nó là tìm hiểu các quá trình vật lý thúc đẩy sự hình thành các thiên hà.
Trung tâm của IllustriousTNG là một mô hình số nghệ thuật của Vũ trụ, chạy trên một trong những siêu máy tính mạnh nhất trên thế giới: cỗ máy Hazel Hen tại Trung tâm tính toán hiệu năng cao ở Stuttgart, Đức. Hazel Hen là máy tính nhanh nhất của Đức, và nhanh thứ 19 trên thế giới.
Mô hình vũ trụ hiện tại của chúng tôi cho thấy mật độ năng lượng khối của Vũ trụ bị chi phối bởi vật chất tối và năng lượng tối. Vì chúng ta có thể quan sát một trong những điều đó, nên cách duy nhất để kiểm tra mô hình này là có thể đưa ra dự đoán chính xác về cấu trúc của những thứ chúng ta có thể nhìn thấy, như các ngôi sao, khí khuếch tán và tích tụ các lỗ đen. Những thứ hữu hình này được sắp xếp thành một mạng lưới vũ trụ gồm các tấm, sợi và lỗ rỗng. Bên trong chúng là những thiên hà, là những đơn vị cơ bản của cấu trúc vũ trụ. Để kiểm tra ý tưởng của chúng tôi về cấu trúc thiên hà, chúng ta phải tạo ra các thiên hà mô phỏng chi tiết và thực tế, sau đó so sánh chúng với những gì thực tế.
Các nhà vật lý thiên văn ở Mỹ và Đức đã sử dụng IllustrisTNG để tạo ra vũ trụ của riêng họ, sau đó có thể được nghiên cứu chi tiết. IllustrisTNG tương quan rất mạnh với các quan sát về Vũ trụ thực, nhưng cho phép các nhà khoa học nhìn vào những thứ bị che khuất trong Vũ trụ của chính chúng ta. Điều này đã dẫn đến một số kết quả rất thú vị cho đến nay, và đang giúp trả lời một số câu hỏi lớn trong vũ trụ học và vật lý thiên văn.
Kể từ khi chúng tôi biết rằng các thiên hà lưu trữ các lỗ đen siêu lớn (SMBH) tại trung tâm của chúng, nó đã được nhiều người tin rằng chúng có ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển của các thiên hà và có thể cả sự hình thành của chúng. Điều đó dẫn đến câu hỏi rõ ràng: Làm thế nào những SMBH này ảnh hưởng đến các thiên hà lưu trữ chúng? Illustrious TNG đã đặt ra để trả lời điều này, và bài báo của Tiến sĩ Dylan Nelson tại Viện Vật lý thiên văn Max Planck cho thấy, điều khiển chính của quá trình chuyển đổi màu thiên hà là phản hồi lỗ đen siêu lớn ở trạng thái bồi tụ thấp.
Các thực thể vật lý duy nhất có khả năng dập tắt sự hình thành sao trong các thiên hà hình elip lớn của chúng ta là các lỗ đen siêu lớn tại trung tâm của chúng. - Tiến sĩ Dylan Nelson, Viện Vật lý thiên văn Max Planck,
Các thiên hà vẫn đang trong giai đoạn hình thành sao của chúng tỏa sáng rực rỡ dưới ánh sáng xanh của những ngôi sao trẻ của chúng. Sau đó, một cái gì đó thay đổi và sự hình thành sao kết thúc. Sau đó, thiên hà bị chi phối bởi những ngôi sao già, đỏ và thiên hà gia nhập một nghĩa địa đầy những thiên hà đỏ và chết. Như Nelson giải thích, Vượt qua Thực thể vật lý duy nhất có khả năng dập tắt sự hình thành sao trong các thiên hà hình elip lớn của chúng ta là các lỗ đen siêu lớn tại trung tâm của chúng. Nhưng làm thế nào để họ làm điều đó?
Nelson và các đồng nghiệp gán cho nó phản hồi lỗ đen siêu lớn ở trạng thái bồi tụ thấp. Điều đó có nghĩa là khi một lỗ đen ăn, nó tạo ra một cơn gió hoặc sóng xung kích, thổi khí và bụi hình thành sao ra khỏi thiên hà. Điều này hạn chế sự hình thành trong tương lai của các ngôi sao. Các ngôi sao hiện tại già đi và chuyển sang màu đỏ, và một vài ngôi sao xanh mới hình thành.
Từ lâu, người ta đã nghĩ rằng các thiên hà lớn hình thành khi các thiên hà nhỏ hơn tham gia. Khi thiên hà phát triển lớn hơn, lực hấp dẫn của nó thu hút nhiều thiên hà nhỏ hơn vào nó. Trong những va chạm này, các thiên hà bị xé toạc. Một số ngôi sao sẽ bị phân tán và sẽ cư trú trong một vầng hào quang xung quanh thiên hà mới, lớn hơn. Điều này sẽ cung cấp cho thiên hà mới được tạo ra một ánh sáng nền mờ của ánh sáng sao. Nhưng đây là một dự đoán, và những ánh sáng nhợt nhạt này rất khó quan sát.
Hiện tại, dự đoán của chúng tôi có thể được các nhà quan sát kiểm tra một cách có hệ thống. - Tiến sĩ Annalisa Pillepich (Viện Vật lý thiên văn Max Planck)
IllustrisTNG đã có thể dự đoán chính xác hơn ánh sáng này sẽ trông như thế nào. Điều này cung cấp cho các nhà thiên văn học một ý tưởng tốt hơn về những gì cần tìm kiếm khi họ cố gắng quan sát ánh sáng sao nhợt nhạt này trong Vũ trụ thực. Tiến sĩ dự đoán của chúng tôi giờ đây có thể được kiểm tra một cách có hệ thống bởi các nhà quan sát, tiến sĩ Annalisa Pillepich (MPIA) chỉ ra, người đã dẫn đầu một nghiên cứu về IllustrisTNG. Tiết này mang lại một bài kiểm tra quan trọng cho mô hình lý thuyết về sự hình thành thiên hà phân cấp.
IllustrisTNG là một loạt mô phỏng đang diễn ra. Cho đến nay, đã có ba lần chạy IllustrisTNG, mỗi lần tạo ra một mô phỏng lớn hơn lần trước. Chúng là TNG 50, TNG 100 và TNG 300. TNG300 lớn hơn nhiều so với TNG50 và cho phép nghiên cứu một khu vực lớn hơn cho thấy manh mối về cấu trúc quy mô lớn. Mặc dù TNG50 nhỏ hơn nhiều, nhưng nó có nhiều chi tiết chính xác hơn. Nó cho chúng ta cái nhìn chi tiết hơn về các tính chất cấu trúc của các thiên hà và cấu trúc chi tiết của khí xung quanh các thiên hà. TNG100 là một nơi nào đó ở giữa.
IllustrisTNG không phải là mô phỏng thủy động lực học đầu tiên. Những người khác bao gồm tiền thân Eagle, Horizon-AGN và IllustrisTNG, Illustris. Họ đã cho thấy những mô hình lý thuyết dự đoán này có thể mạnh đến mức nào. Khi máy tính của chúng tôi phát triển mạnh hơn và sự hiểu biết của chúng tôi về vật lý và vũ trụ học cũng tăng theo, các loại mô phỏng này sẽ mang lại kết quả lớn hơn và chi tiết hơn.
