Avanzado IllustrisTNG

[arivasm]

Tomado de las noticias de Investigación y Ciencia. Copio el comienzo de la noticia:

Un equipo internacional de astrofísicos, bajo la dirección de Volker Springel, del Instituto de Heidelberg de Estudios Teóricos, ha ideado y ejecutado la más potente simulación por ordenador del universo y de la formación y desarrollo de las galaxias. Con ella han podido modelizar la influencia de los agujeros negros en la distribución de la misteriosa materia oscura, que solo se hace notar por sus efectos gravitatorios. El modelo creado por la simulación les ha permitido investigar además cómo se forman en el universo mediante fusiones nucleares los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, y cómo se dispersan por las vastedades cósmicas. La simulación lleva el nombre de IlllustrisTNG, donde TNG es acrónimo de The Next Generation

La página http://www.tng-project.org/ contiene abundante información sobre el proyecto, sus metodologías y resultados.

Por ejemplo, aunque solo sea por la espectacularidad visual, el siguiente vídeo recoge

The interstellar magnetic field strength: blue/purple shows regions of low magnetic energy arranged along filaments of the cosmic web, while orange and white show regions with significant magnetic energy inside halos and galaxies. Time evolution of the inside of a 10Mpc (comoving) region within TNG100-1 from the start of the simulation to z=0

[Alriga]

Re: IllustrisTNG

El programa de simulación del Universo IlllustrisTNG es el “hijo” de Illustris, del que se habló aquí: https://forum.lawebdefisica.com/forum/el-aula/relatividad-y-cosmología/36366-los-últimos-análisis-del-fondo-cósmico-de-microondas-refuerzan-la-hipótesis-de-isotropía-del-universo?p=266552#post266552

IllustrisTNG es en realidad 3 simulaciones simultáneas, la mayor en un cubo de arista 300 Mpc, (TNG300, 980 millones de años luz) para ver la evolución general del Universo, y dos simulaciones en volúmenes más pequeños, 50 Mpc de arista = TNG50 para ver los detalles en la formación de las galaxias y 100 Mpc = TNG100, para observar la coherencia entre las otras 2 simulaciones y con el anterior programa Illustris. La resolución utilizada ha sido de 20 mil millones de elementos en TNG50, 10 mil millones en TNG100 y 30 mil millones de elementos en TNG300.

IllustrisTNG utiliza el modelo ΛCDM e inicia la simulación a partir de la composición que tenía el Universo (átomos de Hidrógeno, Helio, Litio, materia oscura, etc, fotones, neutrinos,… transcurridos 11.5 millones de años después del Big-Bang y 11.1 millones de años después de la “recombinación” que generó el Fondo Cósmico de Microondas que vemos en la actualidad. La situación de inicio de la que parte la simulación, (salvo error u omisión, cálculos propios) es la siguiente:

• Edad del Universo al inicio de la simulación 11 millones 515 mil años, (la edad actual es de 13799 millones de años)
• Factor de escala a=0.0078 (las distancias entonces eran 128 veces menores que en la actualidad)
• Parámetro de Hubble 55563 (km/s)/Mpc Las distancias en el Universo eran pequeñas y se expandía muy deprisa comparado con el parámetro de Hubble actual, que ahora ya es de tan solo 67.74 (km/s)/Mpc
• Temperatura del Universo 348.8 K = 75.7ºC, (entonces aun estaba "calentito"). La temperatura actual es de 2.73 K = -270.4ºC
• Densidad $\notcien{5.7575}{-21}$ kg/m³. La densidad actual del Universo es de $\notcien{8.6197}{-27}$ kg/m³ por lo tanto en el inicio de la simulación la densidad era 668 mil veces mayor que ahora.
• Composición inicial: 3% radiación, 97% materia (oscura+bariónica) y menos del 0.0001% energía oscura. Como elemento de comparación recordar que la composición del universo actual es 31% materia, 69% energía oscura y menos del 0.008% radiación.

No hay duda de que simular un universo de galaxias y estrellas similar al real a partir de la “sopa” de partículas de estos datos iniciales es muy meritorio. Todavía no hace mucho que ha finalizado la simulación IllustrisTNG, por lo que la cantidad de “papers” publicados es aun pequeña. Muchos equipos científicos están en la actualidad estudiando partes de los datos brutos de la simulación para publicar sus análisis, por lo que supongo que en los próximos meses oiremos hablar a menudo de IllustrisTNG

Saludos.

[adanada]

Re: IllustrisTNG

en el primer video de arivasm da toda la imrpresión que los filamentos estubiesen formados por galaxias.
yo tenía entendido que eran los cúmulos de galaxias los que lo formaban.
o será que estamos viendo filamentos de filamentos?

[Alriga]

Re: IllustrisTNG

en el primer vídeo de arivasm da toda la impresión que los filamentos estuviesen formados por galaxias.
yo tenía entendido que eran los cúmulos de galaxias los que lo formaban.
o será que estamos viendo filamentos de filamentos?

Ese vídeo corresponde a la evolución temporal de la intensidad del campo magnético cósmico, (se titula IllustrisTNG: La intensidad del campo magnético cósmico). El azul/púrpura muestra regiones de baja energía magnética a lo largo de los filamentos de la red cósmica, mientras que el naranja y el blanco indican regiones con energía magnética significativa dentro de los halos y galaxias. La región visualizada corresponde a la simulación TNG100 y tiene 10 megaparsec de ancho.

En ese vídeo, el inicio es el campo magnético cuando el Universo tenía 1500 Millones de años, (hace 12300 Ma) y finaliza en el campo magnético del Universo actual.

Saludos.

[Alriga]

Re: IllustrisTNG

TIMELAPSE OF THE ENTIRE UNIVERSE: Vídeo científico-literario de la Historia del Universo desde el big-bang hasta nuestros días. Se pueden activar subtítulos en castellano. La voz es de Brian Cox, Carl Sagan y David Attenborough.

Saludos.

[Alriga]

Re: IllustrisTNG

Otra simulación más sencilla, pues no es de todo el Universo sino solamente de la formación de estrellas en galaxias:

...Este es un vídeo de tres simulaciones de formación de galaxias que hice como parte de mi investigación. El color de cada píxel representa la temperatura del gas (azul para frío y verde para caliente) y el brillo de cada píxel representa la densidad (tenue para baja densidad y brillante para alta densidad). Por lo tanto, el gas difuso y caliente parece una neblina verde brumosa, mientras que el gas frío y denso parece una masa brillante azulada.

En este vídeo se emplean 3 prescripciones diferentes para la retroalimentación estelar en modelos de galaxias idénticas, (la retroalimentación estelar es el proceso por el cual las estrellas recién formadas devuelven energía e impulso al gas de su entorno). El panel central es nuestro modelo de referencia. El de la derecha es cuando se refuerza la retroalimentación y el de la izquierda es cuando se reduce la retroalimentación.

El efecto es llamativo, en los paneles central e izquierdo se forma un disco delgado (visto en la fila de abajo), mientras que en la fila de la derecha en la mayor parte del panel no lo hace. También el gas en el panel derecho es evacuado de la región central, excluyendo cualquier formación estelar en esa zona. Con simulaciones como estas podemos empezar a entender cómo la intensidad de la retroalimentación, cuando varía, puede alterar la forma de las galaxias...

Si alguien quiere profundizar en el tema, The modelling of feedback in star formation simulations y también From Gas to Stars Over Cosmic Time

Saludos.

[Alriga]

Re: IllustrisTNG

El programa de simulación del Universo IlllustrisTNG es el “hijo” de Illustris, del que se habló aquí: http://forum.lawebdefisica.com/threa...697#post168697

IllustrisTNG es en realidad 3 simulaciones simultáneas, la mayor en un cubo de arista 300 Mpc, (TNG300, 980 millones de años luz) para ver la evolución general del Universo, y dos simulaciones en volúmenes más pequeños, 50 Mpc de arista = TNG50 para ver los detalles en la formación de las galaxias y 100 Mpc = TNG100, para observar la coherencia entre las otras 2 simulaciones y con el anterior programa Illustris. La resolución utilizada ha sido de 20 mil millones de elementos en TNG50, 10 mil millones en TNG100 y 30 mil millones de elementos en TNG300 ...

Simulación reciente realizada mediante lllustris TNG50 de la formación de un cúmulo de galaxias. La simulación que aparece en el vídeo se inicia a partir de gas, hace 13100 millones de años y finaliza con el cúmulo de galaxias plenamente formadas hace 1700 Maños.

Inicialmente solo hay gas cósmico (principalmente hidrógeno) que evoluciona hacia un cúmulo de galaxias desde el universo primitivo hasta la actualidad, con colores más vivos cuando la velocidad del gas es mayor. A medida que el universo evoluciona, el gas cae en pozos de gravedad, las galaxias se forman, giran, chocan y se fusionan, los agujeros negros se originan en los centros galácticos y se expulsa gas circundante a gran velocidad.

Saludos.

[Alriga]

... Todavía no hace mucho que ha finalizado la simulación IllustrisTNG, por lo que la cantidad de “papers” publicados es aun pequeña. Muchos equipos científicos están en la actualidad estudiando partes de los datos brutos de la simulación para publicar sus análisis, por lo que supongo que en los próximos meses oiremos hablar a menudo de IllustrisTNG ...

Publicada hoy, espectacular simulación mediante Illustris TNG50 de la formación de una galaxia masiva individual a lo largo del tiempo, desde las primeras épocas cósmicas hasta la actualidad.

La pantalla principal muestra la densidad del gas cósmico, alta densidad en blanco y baja en negro). Las pantallas pequeñas muestran materia oscura a gran escala y luego gas (abajo a la izquierda), y distribuciones estelares y gaseosas a pequeña escala (abajo a la derecha).

Esta galaxia TNG50 será similar en masa y forma a la de Andrómeda (M31) cuando la película alcance la época actual. Su progenitor experimenta una rápida formación estelar en un depósito de gas turbulento que se asienta en un disco ordenado después de un par de miles de millones de años de evolución cósmica. Una historia de ensamblaje bastante tranquila y tardía, sin grandes fusiones, permite a la galaxia relajarse en un balance equilibrado de los flujos de salida de gas de las explosiones de supernovas y la acumulación de gas de su entorno.

El paper científico de la simulación (gratis) en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 490, Issue 3, December 2019, Pages 3196–3233 y el preprint de arxiv en First results from the TNG50 simulation: the evolution of stellar and gaseous discs across cosmic time

Saludos.

[Alriga]

El amanecer cósmico, cuando las estrellas se formaron por primera vez, ocurrió entre 250 millones y 350 millones de años después del comienzo del universo, según un nuevo estudio dirigido por investigadores de la UCL y la Universidad de Cambridge: Probing cosmic dawn: Ages and star formation histories of candidate z ≥ 9 galaxies, se puede descargar el PDF gratis.

Este video muestra la formación y evolución de las primeras estrellas y galaxias en un universo virtual similar al nuestro. La simulación comienza justo antes del amanecer cósmico, cuando el universo está desprovisto de luz estelar, y se extiende hasta la época de 550 millones de años después del Big Bang. La edad del universo en millones de años se muestra en la parte superior izquierda.

El recuadro se centra en la evolución de una galaxia similar a las del reciente estudio observacional. Las regiones púrpuras muestran la distribución filamentosa del gas, compuesto principalmente de hidrógeno. Las regiones blancas representan la luz de las estrellas y las regiones amarillas representan la radiación energética de las estrellas más masivas que es capaz de ionizar el gas hidrógeno circundante. A medida que las estrellas masivas alcanzan rápidamente el final de su vida, estallan en violentas explosiones de supernovas que expulsan el gas circundante permitiendo el escape de esta radiación energética.

Galaxias como la que se muestra acumulan continuamente material de sistemas cercanos más pequeños y se ensamblan rápidamente para formar las galaxias más sustanciales observadas por el Telescopio Espacial Hubble en épocas posteriores. La simulación es de The SPHINX Project

Un artículo de divulgación en Cosmic dawn occurred 250 to 350 million years after Big Bang "Nuestras observaciones indican que el amanecer cósmico ocurrió entre 250 y 350 millones de años después del comienzo del universo y, en el momento de su formación, galaxias como las que estudiamos habrían sido lo suficientemente luminosas para poder ser vistas con el James Webb Space Telescope que será lanzado al espacio a finales de este año"

Saludos.