宇宙顺序从混乱中出现：银河喷泉和旋转木马亮相

由TNG50模拟的螺旋星系的星星发出的光学光的图像。

来自德国和美国的科学家们已经推出了一个新建的艺术仿真的新完整的星系的仿真结果。TNG50是最详细的大规模宇宙学仿真。它允许研究人员详细研究星系形式，以及自从大爆炸后不久的方式如何进化。它首次揭示了宇宙气体的几何形状周围的星系，决定了星系的结构，反之亦然。研究人员在皇家天文社会的日志通知期刊上发布了两篇论文的结果。

运行宇宙模拟的天文学家面临着基本的权衡：通过有限的计算能力，到目前为止，典型的模拟已经非常详细或已经跨越了大量的虚拟空间，但到目前为止还无法做到这两种情况。具有有限卷的详细仿真可以模拟不超过几个星系，使统计扣除困难。反过来，大批量模拟通常缺乏再现许多小规模属性所必需的细节，我们观察到自己宇宙中的许多小型属性，降低了他们的预测力。

从早期的宇宙时期形成单个大规模的星系，直到今天的TNG50宇宙模拟。主面板显示宇宙气体的密度（白色高，黑色为低）。插入显示大规模的暗物质，然后显示出气体（左下角）和小规模的恒星和气态分布（右下方）。这款TNG50 Galaxy将在电影到达当前时期的时间内与Andromeda（M31）相似。它的祖先在湍流气体储层中经历了快速的星形形成，经过几十亿多年的宇宙演进后居住成有序盘。没有主要合并的一个相当安静的后期装配历史允许银河系从周围环境的超新星爆炸和气体吸收的气体流出的平衡。

TNG50模拟刚刚发布，管理以避免这种权衡。它首次结合了大规模宇宙学仿真的思想 - 一个盒子里的一个宇宙 - 具有“变焦”模拟的计算分辨率，以历史悠久地对杀手星系进行研究。

在一个模拟的空间的空间，TNG50可以辨别出现在尺度上的物理现象，追踪数千多个星系的同时演变超过138亿多年的宇宙历史。它具有超过20亿颗粒，代表暗（无形）物质，恒星，宇宙气体，磁场和超大自主黑洞。计算本身在斯图加特的榛子超级计算机上需要16,000个核心，共同努力，24/7，超过一年 - 在单个处理器上相当于五千年，使其成为迄今为止最苛刻的天体物理计算之一。

从TNG50模拟中由16个星系的恒星发出的光学光的图像。每个星系接通或从顶部（顶板），以及边缘或侧面（下副板）。

TNG50的第一个科学结果由由Annalisa Pillepich博士（Max Planck Trantonymy，Heidelberg）和Dylan Nelson博士（Max Planck Astrophysics，Garching Countitute）和揭示了无法预料的物理现象的团队发表。根据尼尔森的说法：“当你超出你的比赛时，这种数值实验特别成功。在我们的模拟中，我们看到了没有明确编程的现象。这些现象以自然时尚出现，来自我们模特宇宙的基本物理成分的复杂相互作用。“

TNG50具有这种紧急行为的两个突出示例。第一个涉及形成“盘”星系，就像我们自己的银河系一样。使用模拟作为倒带宇宙结构的演变的时间机器，研究人员已经看到了如何有序，快速旋转的圆盘星系（在我们的附近宇宙中很常见）从混乱，紊乱和高度动荡的气体中出现早期的时期。

从TNG50仿真周围的Galaxy围绕气体的汽油围绕一百万年（从上到下），其中心有一个活跃的超级巨大的黑洞。这个星系中心的黑洞是从周围环境消耗的气体，这样做是产生大量的能量。这种能量的释放产生超快风，这迅速扩展到远离银河系，并且尺寸增长，达到比开始的数千倍。这些黑洞驱动的外流达到每秒数万公里的速度，温度超过数百万度，并随身携带大量的重量元素，如氧气，碳和铁。从左到右，四列显示，在星系周围的不断变速，温度，密度和重量的元素含量。星系本身是一种寒冷（蓝色，第二柱），致密（黄色，第三柱）盘的星形气体，可见在每个图像的中心的小，垂直板中。

随着天然气沉降，新生恒星通常在越来越多的圆形轨道上发现，最终形成大螺旋星系 - 银河旋转木马。annalisa pillepich解释说：“在实践中，TNG50表明，我们自己的银河系与其薄薄的光盘是在银河时尚的高度：在过去的100亿年中，至少那些仍然形成新恒星的星系变得越来越多，他们的混乱内部运动已经减少了很大。当它只是几十亿年的历史时，宇宙很糟糕！“

随着这些星系的平坦出来，研究人员发现了另一种紧急现象，涉及流出星系的高速流出和风的气体。这是由于在星系中心的巨大恒星（超新星）和超大的黑洞的活动的爆炸推出。银河气体流出最初也是混乱的并且在所有方向上混乱并流动，但随着时间的推移，它们开始沿着最小阻力的路径更加聚焦。

在晚期宇宙中，走出星系，采取两个锥体的形式，在相反的方向上出现 - 像两个冰淇淋锥体放在尖端上，在中心旋转的星系旋转。这些物质的流动减速了，因为他们试图留下无形或深色 - 物质的Galaxy的光环的引力井，并且最终可以停止和掉回，形成循环气体的银河系。这一过程将气体从星系的中心重新分配到其郊区，进一步将银河系的转变加速到薄圆盘中：银河结构形状的银河喷泉，反之亦然。

创建TNG50的科学家团队（基于Garching和Heidelberg，哈佛大学，麻省理工学院和计算天体物理学（CCA）的Max-Planck-Institutes（CCA））最终将释放所有模拟数据，以大量的天文社区，以及对公众。这将允许世界各地的天文学家在TNG50宇宙中创造自己的发现 - 并且可能找到了从混乱的顺序出现的令人兴奋的宇宙现象的其他例子。

参考：

“TNG50仿真的第一个结果：由Supernovae和黑洞反馈推动的银河流出”由Dylan Nelson，Annalisa Pillepich，Volker Springel，RüdigerPakmor，Rainer Weinberger，Shy Genel，Paul Torrey，Mark Vogelsberger，Federico Marinacci和Lars Hernquist，29 2019年8月，皇家天文协会的每月通知.DOI：
10.1093 / mnras / stz2306