Illustris プロジェクトは、5 年間のソフトウェア開発と 8000 プロセッサでの実行に 3 か月かかりましたが、それだけの価値はありました。結果は本当に記念碑的です!現在、研究者たちはついに宇宙の発展の正確なモデルを手に入れました。これは、いくつかの端が荒いものですが、今日受け入れられている科学とうまく調和しており、いくつかの貴重な予測さえしています.
イラストリス プロジェクト
私たちの宇宙の大部分は、暗黒エネルギーと暗黒物質でできています。これらは直接見ることはできません。それらについて私たちが知っていることはすべて、間接的な観察から推測します。この異常なシナリオをテストするには、星、銀河、ブラック ホールなど、目に見える物質の構造の形成を正確に予測する必要があります。天体物理学者は、これらの目に見える要素を、宇宙構造の基本単位である銀河が埋め込まれたシート、フィラメント、ボイドの「宇宙ウェブ」で組織化されていると考えています。
基本的に、Illustris が着手したのは、宇宙でより複雑なプロセスの 1 つである銀河形成を含む、一連の大規模な宇宙論的シミュレーションを投影することでした。これは、宇宙の膨張、物質自体への引力、宇宙ガスの運動または「流体力学」、および星とブラック ホールの形成を考慮して、これまでに開発された銀河形成の最良のモデルでした。このモデルは、宇宙の初期から多くの条件が変化したという事実も考慮しており、それを争いに加えています。そのシミュレートされたボリュームには、詳細に捉えられた何万もの銀河が含まれており、幅広い質量、形状、サイズ、星形成率をカバーし、実際に観測された特性を適用しています。
しかし、このモデルは、私たちがすでに知っていることの投影であるだけでなく、新しいことを学ぶのにも役立ちます.ただし、ここでの主な問題は、このモデルに基づいて演繹を始める前に、それが現実を実際に反映していることを確認することです。非常に複雑で数値計算が必要なため、これを行うのは困難です。当然、これは何らかの単純化の必要性につながります。まず第一に、個々の星の誕生などの一部のプロセスは、宇宙論的シミュレーションでは直接捉えることができません。しかし、全体像だけを見たとしても、すべてが観察されたデータに適合する必要があります。まだいくつかの修正が必要ですが、物事の壮大な計画では、Illustris は物事をほぼ完全に適合させます.
プロジェクトの主な成果
銀河の観測可能な幅広い特性と、これらの特性間の関係をうまく再現しています。ここで重要な要素は、いわゆる「特定の星形成率」です。これは、銀河内で新しい星が形成される割合を既存の星の数で割ったものです。これは、この期間だけでなく、宇宙の歴史全体のすべての時代について観測された値と一致しています。
宇宙のガス含有量とその存在場所を正確に測定しました。さらに、データが存在しない場合でも、モデルはガスの発生に関する予測を行うことができます。 Illustris は、個々の銀河の外では、現時点でガスの大部分 (~81%) が「銀河間媒体」 (銀河間の空間) に残っているが、このガスには少数 (~34%) しか含まれていないと予測しています。これまでに宇宙で生産された金属の量.
「衛星銀河」と宇宙進化との関係を調査しました。衛星銀河は、惑星が星の周りを回転するように、より大きな銀河の周りを回転する銀河です。 Illustris はまた、銀河集団が時間とともに進化するにつれての内部構造の変化、暗黒物質の構造に対するガスの影響を研究し、「模擬観測」を生成することさえできます。
詳細については、彼らの Web サイト (私が今まで見た中で最高のプレゼンテーションの 1 つ) をチェックしてください。ここにはいくつかのビデオも含まれています:
1 – シミュレーションの開始から z=0 までの Illustris 内の 10Mpc (comoving) 領域の時間発展。この動画は、暗黒物質の密度場、ガスの温度 (青:冷たい、緑:暖かい:白:熱い)、およびガスの金属量の間を遷移します。
2 – 現在の暗黒物質とガス温度を示す完全なシミュレーション キューブ。立方体の辺の長さは約 100 Mpc です。このビデオでは、スライスをゆっくりと重ねることで全物質分布を示しています。
3 – シミュレーション ボリューム全体のスケール (~100 Mpc) から個々の渦巻銀河のスケール (~10 kpc) への連続ズームイン。空間スケール全体の構造の多様性、シミュレーションの大きなダイナミック レンジを強調 (次元あたり 106 個）、暗黒物質、ガス、星の間の関係。
4 – 外からレンダリングされた、Illustris 内の 10Mpc (comoving) 立方体領域の時間発展。ムービーは、左側に暗黒物質の密度場、右側にガスの温度 (青:冷たい、緑:暖かい:白:熱い) を示しています。大規模なハロー周辺の急速な温度変動は、クエーサー フェーズで最も活発な放射 AGN フィードバックによるものです。より大きな「爆発」は、無線モード フィードバックによるものです。
5- 高赤方偏移から z=0 までの Illustris ボリュームの 4 つの別個のサブ領域の時間変化。ガス温度を示します。各領域は一辺が数 Mpc であり、各領域は宇宙の平均に対して、非常に過密 (左上) から過密 (反時計回り) まで、異なる過密度をサンプリングします。
6 – 高赤方偏移から z=0 までの 4 つの個別の量の時間発展。片側 7.5 Mpc の過密領域。パネルは恒星の光 (左上)、ガス密度 (右上)、ガス温度 (左下)、ガス金属量 (右下) を示しています。
7 – 高赤方偏移から z=0 までの時間発展。z~1 付近での複数の合体の結果として、巨大な楕円形の「赤死滅」銀河が形成されたことを示しています。パネルは、一辺が 1 Mpc の領域の星の光 (左) とガス密度 (右) を示しています。
