은하의 형성은 물질적 비율과 수십억 년에 걸쳐 발생하는 물질과 에너지 사이의 복잡한 춤입니다. 오늘날 우리가 관찰하는 구조적이고 역동적 인 은하의 다양성이 어떻게 빅뱅의 불 같은 혼란에서 생겨난지는 가장 어려운 미해결 우주론 퍼즐 중 하나입니다.
국제 과학자 팀은 해답을 찾기 위해 현재까지 가장 상세한 대규모 우주 모델 인 TNG50을 시뮬레이션했습니다. 약 2 억 3 천만 광년의 가상 우주에는 이전에 단일 은하 모델에서만 볼 수있는 세부 수준의 수만 개의 진화하는 은하가 포함되어 있습니다. 이 시뮬레이션은 13.8 억 년에 걸쳐 암흑 물질, 가스, 별 및 초 거대 블랙홀을 나타내는 200 억 개 이상의 입자를 추적했습니다.
전례없는 해상도와 규모를 통해 연구자들은 우리 우주의 과거에 대한 주요 통찰력을 수집하여 다양한 이상한 은하들이 어떻게 존재로 변모했는지, 별 폭발과 블랙홀이 어떻게이 은하 진화를 촉발 시켰는지 밝혀 냈습니다. 그 결과는 Royal Astronomical Society의 월간지 저널 2019 년 12 월호에 실릴 두 기사로 출판됩니다.
TNG50은 IllustrisTNG 프로젝트에 의해 생성 된 최신 시뮬레이션으로, 개별 은하의 세부 사항을 희생시키지 않으면 서 대규모 우주를 생성함으로써 빅뱅 이후 우주가 어떻게 진화했는지에 대한 완전한 그림을 구축하는 것을 목표로합니다.
"이러한 시뮬레이션은 우리가 은하의 형성과 진화를 해부하고 이해함으로써 톤을 배울 수있는 거대한 데이터 세트"라고 플로리다 대학 물리학과 부교수 인 Paul Torrey는 말했다. "TNG50의 근본적인 새로운 점은 은하 내에서 충분히 높은 질량 및 공간 분해능에 도달하여 시스템의 내부 구조가 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 명확한 그림을 제공한다는 것입니다."
세부 사항에 대한 모델의 관심은 약간의 비용이 듭니다. 시뮬레이션에는 독일 슈투트가르트에 위치한 Hazel Hen 슈퍼 컴퓨터의 16,000 개의 프로세서 코어가 1 년 이상 지속적으로 작동해야했습니다. 동일한 계산에 15,000 년의 단일 프로세서 시스템이 필요합니다. 역사상 가장 계산량이 많은 천체 물리 시뮬레이션 중 하나 임에도 불구하고 연구진은 투자가 성과를 거두었다고 생각합니다.
독일 맥스 플랑크 천체 물리 연구소의 박사후 연구원 인 딜런 넬슨 (Dylan Nelson)은 성명서에서“이런 종류의 수치 실험은 당신이 입력 한 것보다 더 많이 나올 때 특히 성공적이다. . "시뮬레이션에서 시뮬레이션 코드에 명시 적으로 프로그래밍되지 않은 현상을 볼 수 있습니다. 이러한 현상은 모델 유니버스의 기본 물리적 성분의 복잡한 상호 작용에서 자연스럽게 나타납니다."
이러한 현상은 오늘날 빅뱅 이후 138 억 년 동안 우리 우주가 왜 나타나는지 이해하는 데 필수적 일 수 있습니다. TNG50을 통해 연구원들은 우주가 태어난 직후 난류의 구름에서 은하가 어떻게 생겼을지를 직접 확인할 수있었습니다. 그들은 우리의 우주 이웃에 공통 인 원반형 은하가 자연적으로 그들의 시뮬레이션 내에서 나타 났으며, 중앙의 초대형 블랙홀에서 뻗어있는 나선 팔, 벌지 및 막대를 포함한 내부 구조를 생성했음을 발견했다. 그들은 컴퓨터로 생성 된 우주를 실제 관측과 비교했을 때, 은하 집단이 질적으로 현실과 일치한다는 것을 발견했습니다.
그들의 은하들이 질서 정연하게 회전하는 디스크로 계속 평평 해지면서 또 다른 현상이 나타나기 시작했다. 각 은하의 중심에있는 초신성 폭발과 초 거대한 블랙홀은 가스의 고속 유출을 일으켰습니다. 이 유출은 은하 위로 수천 광년 상승하는 가스 샘으로 변형되었습니다. 예인선은 결국이 가스의 대부분을 은하의 디스크로 다시 가져 와서 그것을 외부 가장자리로 재분배하고 가스 유출 및 유입의 피드백 루프를 만듭니다. 새로운 별을 만들기위한 재료를 재활용하는 것 외에도 유출은 은하의 구조를 변화시키는 것으로 나타났습니다. 재순환 된 가스는 은하의 얇은 회전 디스크로의 변환을 가속화했다.
이러한 초기 결과에도 불구하고 팀은 모델 해부를 마치지 못했습니다. 또한 전세계의 천문학 자들이 가상 우주를 연구하기 위해 모든 시뮬레이션 데이터를 공개적으로 공개 할 계획입니다.
Torrey는 "이러한 시뮬레이션이 완료되었으므로 이제는 우리 앞에는 큰 길이 있습니다."라고 말했습니다. "모든 연구팀이 형성하는 은하의 세부적인 속성과 그 데이터에 나타나는 트렌드가 무엇인지 더 잘 이해하기 위해 노력하고 있습니다."
