Deze afbeelding komt met dank aan de IllustrisTNG-samenwerking, een ambitieus project dat erop gericht is te simuleren hoe sterrenstelsels zich vormen. Deze IllustrisTNG-visualisatie toont schokgolven in ingestorte structuren van donkere materie (oranje/wit). Wu, Hahn, Wechsler, Abel (KIPAC)/NASA/TNG-samenwerking

Superzware zwarte gaten zijn een intrinsiek onderdeel van de meeste sterrenstelsels in ons universum, maar astronomen weten niet precies hoe ze ontstaan ​​en hoe ze de galactische evolutie beïnvloeden. hun effecten, echter, zijn duidelijk. Waarnemingen suggereren dat deze superzware kolossen de kracht hebben om stervorming in hun gaststelsels te stimuleren - of het koud te houden.

Om te begrijpen hoe superzware zwarte gaten evolueren en hoe ze de vorming van sterrenstelsels beïnvloeden, astrofysici wenden zich steeds meer tot complexe kosmologische modellen die worden gesimuleerd door enkele van 's werelds krachtigste supercomputers. De resultaten van een dergelijk model zijn gepubliceerd in een drietal artikelen, en het zou de sleutel kunnen zijn tot het begrijpen van enkele van de grootste mysteries die aan de moderne astrofysica hangen.

Het donkere (materie) web

Lijkt op een enorm driedimensionaal web, de kosmos wordt gevormd door donkere materie. Dit onzichtbare "spul" maakt 84,5 procent uit van alle massa in het universum en toch heeft het geen interactie met elektromagnetische straling (d.w.z. licht). Dacht te zijn samengesteld uit niet-baryonische deeltjes, dit spul doet een zwaartekrachteffect hebben dat we indirect kunnen waarnemen, echter. We weten dat het daarbuiten is, we kunnen het gewoon niet zien.

Omdat er zoveel donkere materie is, het domineert zwaartekrachtinteracties, samenklonteren, samendrijvende eilanden van "normale" materie. Deze eilanden vormen enorme clusters van sterrenstelsels die zijn verbonden door filamenten van donkere materie die zelf zijn voorzien van sterrenstelsels, als glanzende kralen langs een onzichtbaar touwtje.

Omdat donkere materie letterlijk de kosmos vormt, het moet centraal staan ​​in elke grootschalige simulatie van het universum.

Een virtueel universum creëren

In de meest ambitieuze kosmische simulatie in zijn soort, een internationaal team van wetenschappers heeft hun eigen universum in een computer gecreëerd om de grootschalige structuur van de kosmos beter te begrijpen. Het wordt het project "Illustris–The Next Generation" (IllustrisTNG) genoemd. De simulatie is gebaseerd op de basiswetten van de fysica en laat zien hoe het kosmische web van donkere materie zich sinds de oerknal heeft ontwikkeld en ons universum heeft gevormd.

Wetenschappers bouwden IllustrisTNG met behulp van een krachtige code genaamd AREPO die ze draaiden op de snelste mainframecomputer van Duitsland, de Hazel Hen-machine. Het project is de grootste hydrodynamische simulatie tot nu toe en kan de opkomst van kosmische structuren modelleren, volgens een verklaring. Een van de twee simulatieruns, die overgebruikt 24, 000 processors , duurde twee maanden om de vorming van miljoenen sterrenstelsels te voltooien en te modelleren in een gesimuleerd volume van een miljard lichtjaar breed.

Kortom, de onderzoekers gooiden de ingrediënten van het universum in een virtuele doos en lieten de bekende natuurwetten een kosmische cake bakken. En de resultaten zijn verbluffend. Zie het zelf in de video:

"De nieuwe simulaties produceerden meer dan 500 terabyte aan simulatiegegevens. Het analyseren van deze enorme berg gegevens zal ons de komende jaren bezig houden, en het belooft veel opwindende nieuwe inzichten in verschillende astrofysische processen, " zei hoofdonderzoeker Volker Springel, van de Universiteit van Heidelberg, Duitsland.

Hoe zwarte gaten doden

In een van de drie gerelateerde onderzoeken die zijn gepubliceerd in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, de impact van zwarte gaten op galactische evolutie werd aangetoond.

Stervormende sterrenstelsels, ook bekend als "starburst"-sterrenstelsels, worden gedomineerd door de heldere, blauw licht van jonge sterren die tot leven komen. Na verloop van tijd, echter, stervorming wordt drastisch uitgeschakeld, waardoor alleen oude rode sterren de stervende sterrenstelsels domineren (bekend als "rode en dode" sterrenstelsels). Astronomen hebben geprobeerd beter te begrijpen waardoor stervorming wordt uitgeschakeld en nu, met de hulp van IllustrisTNG, de onderzoekers hopen dat dit gesimuleerde universum het mechanisme van het zwarte gat kan onthullen dat de vruchtbaarheid van hele sterrenstelsels kan beheersen.

"De enige fysieke entiteit die in staat is om de stervorming in onze grote elliptische sterrenstelsels te doven, zijn de superzware zwarte gaten in hun centra, " zei Dylan Nelson, van het Max Planck Instituut voor Astrofysica in Garching, Duitsland. "De ultrasnelle uitstroom van deze zwaartekrachtvallen bereiken snelheden tot 10 procent van de lichtsnelheid en beïnvloeden gigantische stellaire systemen die miljarden keren groter zijn dan het relatief kleine zwarte gat zelf."

Theoretische simulaties van het heelal kunnen helpen om echte waarnemingen van de kosmos te verklaren. Met IllustrisTNG, astrofysici hebben een krachtig nieuw hulpmiddel gekregen om mysterieuze verschijnselen beter te begrijpen en, misschien, ontdek nieuwe puzzels over ons steeds groter wordende universum.

Dat is nu interessant

Hoe lang duurt het voordat een paar duizend computers in een netwerk de Melkweg hebben gesimuleerd? ongeveer 700, 000 uur, Ongeveer.