流体动力学模拟可视化星系的大规模结构

通过宇宙大规模结构在IllustriStng项目的最大仿真中薄片。所示是缩放密度场的突起，其中图像亮度表示投影质量密度，颜色色调可视化平均突出的气体温度。显示的区域从左到右延伸约12亿个Lightyear。这里所示的潜在计算TNG300是本发明最大的Galaxy形成的磁力流体动力学模拟，含有超过30亿分辨率元素。© Illustristng Collaboration.

来自海德堡，古德堡和美国的天体物理学家介绍了到目前为止最大，最详细的星系的形成和演变的计算。在他们的“Illustristng”项目中，研究人员首次使用了流体动力学模拟来可视化星系的大规模结构。他们还发现，中央黑洞在大星系内阻碍星形形成。他们在星系的层次结构中获得了重要的见解。他们的研究结果表明，小型系统应该在数十亿年内合并到更大的物体中。

银河系中的银河系是恒星的岛屿，通常包含数千亿太阳，至少是一个相当数量的行星。煤气和尘埃云渗透了星星之间的空间，并且在活性银核中的超新加达爆炸和辐射爆发的超新星爆炸和辐射爆发。然而，大多数事情都包含在令人费解的隐形部件中，暗物质，暗物质，将星系作为某种宇宙胶包裹在一起。在仍然更大的尺度上，观察到星系是以精致的编织“宇宙网”订购的。这些复杂的实体和他们错综复杂的空间安排已经形成出在大爆炸后面的热物质和辐射汤中形成的，是天体物理学中最困难的问题之一。

宇宙磁场强度的时间演变。

海德堡理论研究所（命中）的科学家们与Max Planck院的国际团队一起在海德尔伯格的Max Planck Off，在古德尔伯格的天文学，以及哈佛大学和麻省理工学院的科学家，现在已经设法制作了果断前进。基于以前的成功与“Illustris”-Imulation，他们为宇宙的演变开发了一种新的仿真模型，其占Galaxy形成的物理学，比以前的计算比以前的计算更加完整和准确。随着先进的移动网格代码ispo定制设计为目的，研究人员可以有效地利用世界上最强大的超级计算机之一，高性能计算中心斯图加特的“榛子”机器，用于计算最大的和迄今为止宇宙结构的出现最成功的模拟。超过24000个核心在宇宙代表区域计算数百万个星系的形成时，占据了数百万个星系。首次，诸如宇宙磁场的扩增等物理过程，在不同类型的超新年爆炸中生产重型元素如镁和铕，或通过从黑洞的气体排出的气体排出的动能注射动能模拟。德国高斯中心为超级计算授予的计算时间允许团队实现两个主要模拟，TNG100和TNG300，其重新定义了该领域的最新状态。

这个“Illustristn”项目（下一代Illustris）的第一个结果表明了一种壮观的新理论预测，即鼓励参与的科学家。在几个月内，他们已经写了十几个科学论文并提交了他们的出版物。其中，第一个基本研究中的三项刚刚在汞柱杂志中同时出现。

在TNG100计算中的第二种物理千柱（在观察方向上）的薄片中的气体速度呈现在100个物理千柱（在观察方向上）。在图像是黑色的情况下，气体几乎没有移动，而白地区的速度超过1000公里/秒。该图像对比宇宙长丝中的气体运动对由深度引力潜力井引发的动作的火球和坐在其中心的超迹象黑洞。© Illustristng Collaboration.

其中一项作品涉及预测的星系的大规模结构，这可以首次使用这种类型的流体动力模拟来研究这种类型的流体动力模拟。它们形成由天然气和星星组成的宇宙网（图1），并在其交叉点处具有星系，不仅与真实星系的形状和大小相匹配，而且还可以再现观察到的空间聚类模式，如最新数据所示Galaxy调查，这场比赛甚至仍然存在，当星系根据颜色和恒星质量分离成不同的副页。此外，模拟可以精确预测宇宙网如何随着星系所追踪的，以及如何与暗物质构成的宇宙结构的底层骨干相关。“尤其令人着迷的是，我们可以准确地预测超大分离的黑洞对大型暗尺度的暗物质分布的影响。”，首席调查员Volker Stumel（Hits）。“通过Illustristng获得的见解对于未来宇宙学数据的可靠解释至关重要，该数据旨在实现我们宇宙学模型的精确测试。”

形成巨大的“后期”，星形圆形星系。

黑洞对大型星系的物业的重要影响，达伦·纳尔逊博士（MPA）在该项目的进一步研究中令人印象深刻地展示。通过它们的中央黑洞防止大型星系形成进一步的恒星（图2），导致它们的光谱颜色从蓝色迅速转向红色。“我们的椭圆星系将变得太大，没有黑洞，因为普通超新星的能量不足以熄灭他们的明星形成”，纳尔逊博士解释道。“尽管这些重力陷阱的尺寸相对较小，但Illustristn表示他们实际上可以影响巨大比例的恒星系统。”

在折叠的暗物质结构周围的宇宙气体（蓝色）中的冲击波强度的可视化折叠暗物质结构（橙色/白色）。与Sonic Boom类似，在施加宇宙长丝和星系时，这些冲击波中的气体在颠簸中加速。© Illustristng Collaboration.

对于星系的分层组装过程，还获得了新发现。理论长期以来，第一个小星系应该形成，然后在数十亿年的历程中结合到更大的物体，通过无情的引力一起拉在一起。在途中发生的许多银河碰撞中，星系通常被潮汐力中断。他们的星星在新形成的大星系周围最终结束了宽阔的轨道，这应该赋予它们的恒星光的微弱背景辉光（图3）。由于它们的低表面亮度，预测的苍白恒星晕难度难以检测，但它们是星系的宇宙形成史的直接证人。在进一步研究IllustriStng项目中，Annalisa Pillepich博士（MPIA）已经进行了综合测量这些恒星在模拟中的分布。“我们现在可以通过观察员”Pillepich博士指出，“现在可以通过观察员系统验证，我们对周围的微弱恒星光线的预测”，这对等级星系形成的理论模型产生了关键测试。“

现在已经清楚地说，TNG结果是现代超级计算机巨大科学可能性的主要示例。因此，高性能计算中心斯图加特（HLRS）授予Volker Stumpel，代表整个研究团队，去年10月是他们的“金色尖峰”装饰。TNG仿真产生了超过500亿型模拟数据，形成了丰富的资产进行进一步研究。完全分析将使参与的科学家们忙于许多年来忙碌，并承诺为佩戴佩斯天体工艺提供许多令人兴奋的结果（图4）。

刊物：