20世紀半ば以降、科学者たちは宇宙がどのようになるかについてかなり良い考えを持っていました。宇宙の拡大と宇宙マイクロ波背景（CMB）の発見はビッグバン理論に信頼性を与え、拡大の加速率はダークエネルギーに関する理論につながりました。それでも、科学者がまだ知らない初期の宇宙についてはまだたくさんあります。そのため、宇宙の進化のシミュレーションに依存する必要があります。
計算の制限により、シミュレーションは大規模または詳細のいずれかであり、両方ではない可能性があるため、これは伝統的に少し問題を引き起こしていました。しかし、最近、ドイツと米国の科学者チームが、これまでで最も詳細な大規模シミュレーションを完了しました。 TNG50として知られるこの最先端のシミュレーションにより、研究者は宇宙がどのように詳細かつ大規模に進化したかを研究できます。
TNG50は、銀河形成の大規模な宇宙論的シミュレーションの作成に特化した進行中のプロジェクトであるIllustrisTNGによって作成された最新のシミュレーションです。これは、天文学者が対処しなければならない伝統的なトレードオフを回避するという点で画期的です。要するに、詳細なシミュレーションは過去に少量の問題を抱えていたため、大規模な宇宙進化についての統計的な推定は困難でした。
一方、大容量シミュレーションでは、伝統的に、宇宙の多くの小規模な特性を再現するための詳細が欠けているため、予測の信頼性が低くなります。 TNG50は、この種の最初のシミュレーションであり、大規模シミュレーションの概念（「箱の中の宇宙」の概念）を、以前は銀河シミュレーションでのみ可能であった種類の解像度と組み合わせることができます。
これは、シュトゥットガルトのHazel Henスーパーコンピュータによって可能になりました。16,000以上のコアが1年以上一緒に動作しました。これは、これまでで最も長く、最もリソースを消費するシミュレーションです。シミュレーション自体は、暗黒物質、星、宇宙ガス、磁場、超大質量ブラックホール（SMBH）を表す200億を超える粒子を含む、直径2億3000万光年を超える空間の立方体で構成されています。
TNG50は、全体の体積の100万分の1（つまり、230光年）までのスケールで発生する物理現象も識別できます。これにより、シミュレーションは、138億年にわたる宇宙の歴史の中で数千の銀河の同時進化を追跡できます。彼らのシミュレーションの結果は、最近ジャーナルに掲載された2つの論文で発表されました。 王立天文学会の月次通知.
どちらの研究も、マックスプランク天文学研究所のAnnalisa Pillepich博士とマックスプランク宇宙物理学研究所のDylan Nelson博士が主導しました。 DylanがRASプレスリリースで説明したように、
「この種の数値実験は、入れた以上に外に出るときに特に成功します。私たちのシミュレーションでは、シミュレーションコードに明示的にプログラムされていない現象が見られます。これらの現象は、モデルユニバースの基本的な物理的要素の複雑な相互作用から自然な形で現れます。」
さらに、TNG50は、銀河の進化において重要な役割を果たす2つの緊急現象に対するその種の最初のシミュレーションです。最初に、調査チームは、時間を振り返ると、秩序だった急速に回転する円盤銀河（天の川のような）が最初は無秩序なガスの雲から出現したことに気付きました。
このガスが落ち着くと、生まれたばかりの星は円軌道をますます採用し、やがて大きな渦巻銀河に道を譲った。 Annalisa Pillepich博士が説明したように：
「実際には、TNG50は、薄いディスクを備えた私たち自身の天の川銀河が銀河ファッションの最盛期にあることを示しています。過去100億年にわたって、少なくともまだ新しい星を形成している銀河はますますディスクのようになっています。そしてそれらの無秩序な内部運動はかなり減少しました。宇宙はたった数十億年前のものだったとき、はるかに厄介でした！」
2つ目の緊急現象は、シミュレーションで銀河が平らになるにつれて現れ、高速のガス風が銀河から流れ出ているのが見られました。これは、シミュレーションされた銀河の中心にあるSMBHからの超新星爆発と活動によって駆動されました。この場合も、プロセスは最初は無秩序で、ガスは全方向に流れていましたが、最終的には最も抵抗の少ない経路に沿って集中するようになりました。
現在の宇宙論的時代によって、これらの流れは円錐形になり、銀河の反対側の端から流れます。銀河の暗黒物質ハローの見えない重力の井戸を離れるにつれて、物質は減速します。やがて、この物質は外への流れを止めてフォールバックし始め、効果的にリサイクルガスの銀河の泉になります。
言い換えれば、このシミュレーションは、銀河の周りの宇宙ガスの流れの幾何学がどのようにそれらの構造を決定するかを示すその種の最初のものでもあります（逆も同様です）。ピレピッチ博士とネルソン博士の業績により、2019年ゴールデンスパイクアワードが授与されました。この賞は、ドイツのシュトゥットガルトにある高性能コンピュータセンターによって国際的な研究コミュニティのメンバーに贈られます。
ネルソン博士とその同僚はまた、すべてのTNG50シミュレーションデータを最終的に天文学コミュニティと一般に公開する予定です。これにより、天文学者や市民科学者はシミュレーションから独自の発見を行うことができます。これには、出現する宇宙現象の追加の例や、宇宙の謎に耐えるための解決策が含まれる場合があります。
