Sejak pertengahan abad ke-20, para saintis mempunyai idea yang bagus tentang bagaimana alam semesta ini wujud. Pengembangan kosmik dan penemuan Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB) memberi kredibiliti kepada Teori Big Bang, dan kadar pengembangan yang semakin cepat menyebabkan teori mengenai Tenaga Gelap. Masih banyak perkara mengenai Alam Semesta awal yang masih belum diketahui oleh para saintis, yang mengharuskan mereka bergantung pada simulasi pada evolusi kosmik.
Ini secara tradisional menimbulkan sedikit masalah kerana keterbatasan pengkomputeran bermaksud bahawa simulasi boleh menjadi skala besar atau terperinci, tetapi tidak keduanya. Walau bagaimanapun, sekumpulan saintis dari Jerman dan Amerika Syarikat baru-baru ini menyelesaikan simulasi skala besar yang paling terperinci sehingga kini. Dikenali sebagai TNG50, simulasi canggih ini akan membolehkan para penyelidik mengkaji bagaimana kosmos berevolusi secara terperinci dan berskala besar.
TNG50 adalah simulasi terbaru yang dihasilkan oleh IllustrisTNG, sebuah projek berterusan yang didedikasikan untuk penciptaan simulasi kosmologi pembentukan galaksi yang besar. Ini adalah inovatif kerana ia menghindari ahli astronomi tradisional yang terpaksa ditandingi. Ringkasnya, simulasi terperinci mengalami volume rendah pada masa lalu, yang menyukarkan pengurangan statistik mengenai evolusi kosmik skala besar.
Sebaliknya, simulasi dengan jumlah besar secara tradisional tidak mempunyai perincian untuk menghasilkan semula banyak sifat kecil dari Alam Semesta, yang menjadikan ramalan mereka kurang dipercayai. TNG50 adalah simulasi pertama seumpamanya kerana ia berjaya menggabungkan idea simulasi berskala besar - konsep "Universe in a box" - dengan jenis resolusi yang sebelumnya hanya mungkin dilakukan dengan simulasi galaksi.
Ini dimungkinkan oleh komputer super Hazel Hen di Stuttgart, di mana 16,000 teras bekerja bersama selama lebih dari satu tahun - simulasi terpanjang dan paling banyak sumber daya setakat ini. Simulasi itu sendiri terdiri daripada kubus ruang yang berukuran lebih dari 230 juta tahun cahaya yang mengandungi lebih daripada 20 bilion zarah yang mewakili bahan gelap, bintang, gas kosmik, medan magnet, dan lubang hitam supermasif (SMBH).
TNG50 juga dapat mengetahui fenomena fizikal yang berlaku pada skala hingga sepersepuluh dari jumlah keseluruhan (iaitu 230 tahun cahaya). Ini membolehkan simulasi mengesan evolusi serentak ribuan galaksi sepanjang 13.8 bilion tahun sejarah kosmik. Hasil simulasi mereka diterbitkan dalam dua makalah yang baru-baru ini muncul di jurnal Makluman Bulanan Persatuan Astronomi Diraja.
Kedua-dua kajian itu diketuai oleh Dr. Annalisa Pillepich dari Institut Astronomi Max Planck, dan Dr. Dylan Nelson dari Institut Astrofizik Max Planck. Seperti yang dijelaskan oleh Dylan dalam siaran akhbar RAS:
"Eksperimen berangka seperti ini sangat berjaya apabila anda mendapatkan lebih banyak daripada yang anda buat. Dalam simulasi kami, kami melihat fenomena yang belum diprogram secara eksplisit ke dalam kod simulasi. Fenomena-fenomena ini muncul secara semula jadi, dari interaksi yang kompleks dari bahan-bahan fizikal asas alam semesta model kita. "
Sebagai tambahan, TNG50 adalah simulasi pertama seumpamanya kepada dua fenomena yang muncul yang memainkan peranan penting dalam evolusi galaksi. Pertama, pasukan penyelidik menyedari bahawa ketika mereka melihat ke masa lalu, galaksi cakera yang teratur dan berputar dengan cepat (seperti Bima Sakti) muncul dari awan gas yang pada mulanya huru-hara.
Ketika gas ini menetap, bintang-bintang yang baru lahir mengadopsi orbit yang semakin bulat, akhirnya memberi jalan kepada galaksi lingkaran besar. Seperti yang dijelaskan oleh Dr. Annalisa Pillepich:
"Dalam praktiknya, TNG50 menunjukkan bahawa galaksi Bima Sakti kita sendiri dengan cakera tipisnya berada di puncak fesyen galaksi: sejak 10 miliar tahun yang lalu, sekurang-kurangnya galaksi yang masih membentuk bintang baru telah menjadi seperti cakera, dan gerakan dalaman mereka yang huru-hara telah berkurangan. Alam Semesta jauh lebih huru-hara ketika berusia beberapa miliar tahun! "
Fenomena kedua muncul ketika galaksi merata dalam simulasi, di mana angin gas berkelajuan tinggi dilihat mengalir keluar dari galaksi. Ini didorong oleh letupan dan aktiviti supernova dari SMBH di tengah galaksi simulasi. Sekali lagi, prosesnya pada mulanya huru-hara dengan gas mengalir ke semua arah, tetapi akhirnya menjadi lebih fokus pada jalan yang paling tidak tahan.
Menjelang zaman kosmologi semasa, aliran ini menjadi berbentuk kerucut dan mengalir dari hujung galaksi yang berlawanan, dengan bahan melambat kerana ia meninggalkan perigi graviti yang tidak dapat dilihat dari lingkaran cahaya gelap galaksi. Akhirnya, bahan ini berhenti mengalir ke luar dan mula masuk semula, dengan berkesan menjadi sumber galaksi gas kitar semula.
Dengan kata lain, simulasi ini juga yang pertama seumpamanya untuk menunjukkan bagaimana geometri gas kosmik mengalir di sekitar galaksi menentukan strukturnya (dan sebaliknya). Untuk karya mereka, Dr. Pillepich dan Dr. Nelson dianugerahkan Anugerah Golden Spike 2019, yang dikeluarkan kepada anggota komuniti penyelidikan antarabangsa oleh Pusat Komputer Berprestasi Tinggi di Stuttgart, Jerman.
Dr. Nelson dan rakan-rakan mereka juga menanam untuk akhirnya melepaskan semua data simulasi TNG50 kepada komuniti astronomi dan kepada orang ramai. Ini akan membolehkan ahli astronomi dan saintis warganegara membuat penemuan mereka sendiri dari simulasi, yang boleh merangkumi contoh tambahan fenomena kosmik atau resolusi yang muncul untuk misteri kosmik.
