Grazie a supercomputer e algoritmi ideati ad hoc, un team di ricercatori guidato dall’Università di Helsinki è riuscito a produrre una simulazione dell’intera evoluzione del cosmo, dal Big Bang ai giorni nostri. Gli scienziati hanno poi confrontato tale Universo virtuale con una serie di osservazioni sperimentali. Questo per rendere nella maniera più verosimile possibile le posizioni e le proprietà delle strutture cosmiche meglio conosciute.
La simulazione è chiamata SIBELIUS-DARK ed è parte del progetto Simulation Beyond the Local Universe (SIBELIUS). Si tratta della più ampia e completa rappresentazione virtuale dell’Universo fino a oggi. Ha permesso di scoprire che l’Universo locale, a noi più vicino, è piuttosto insolito. Infatti la SIBELIUS-DARK prevede in media un numero di galassie inferiore a quelle che noi vediamo, a causa di una sottodensità locale della materia su larga scala. Questo risultato potrebbe avere conseguenze nelle nostre interpretazioni standard di galassie e altri oggetti massicci.
Oltre 130 miliardi di corpi
SIBELIUS-DARK copre un volume fino a una distanza di 600 milioni di anni luce dalla Terra (200 Megaparsec) ed è rappresentata da oltre 130 miliardi di particelle simulate. Ciò richiede che molte migliaia di computer lavorino in tandem per diverse settimane e producano enormi quantità di dati. Per questo gli scienziati hanno utilizzato la DiRAC Cosmology MACchine (COSMA) gestita dall’Institute for Computational Cosmology dell’Università di Durham.
Le simulazioni cosmologiche sviluppate dal team, comprendente anche scienziati dell’Università di Durham, utilizzano equazioni fisiche pertinenti per descrivere come la materia oscura e il gas cosmico si evolvono durante la vita dell’universo.
Nella simulazione sono inclusi gli aloni di materia oscura
La materia oscura è un’ipotetica forma della materia, diversa da quella ordinaria che già conosciamo, che si pensa rappresenti una grande quantità di tutta la materia nell’Universo. Sembrerebbe che essa costituisse dei raggruppamenti, chiamati aloni, che nel tempo diventano abbastanza grandi da ospitare galassie come la nostra Via Lattea. Infatti, gli aloni attraggono gravitazionalmente il gas circostante. Esso si frammenta in stelle che aggregandosi vanno a formare galassie.
Negli ultimi 20 anni i cosmologi hanno sviluppato un modello cosmologico standard (Lambda-CDM theory, modello della materia oscura fredda) che può spiegare molti dati astronomici osservati. Tra essi, le proprietà del calore residuo del Big Bang (il Cosmic Microwave Background, radiazione cosmica di fondo), oltre al numero e la distribuzione spaziale delle galassie osservate ai giorni nostri.
I risultati di SIBELIUS-DARK non interferiscono con il modello cosmologico standard. Tuttavia, potrebbero generare implicazioni importanti sulla nostra interpretazione dello stesso, e dei dati sperimentali.
Una simulazione sola? No, molte
Le simulazioni effettuate nel progetto SIBELIUS sfruttando COSMA sono in realtà più di una. Utilizzando algoritmi avanzati, le simulazioni sono condizionate a riprodurre l’Universo locale, contenente così le strutture odierne nelle vicinanze della nostra galassia che gli astronomi hanno osservato nell’arco di decenni. Per esempio gli ammassi di galassie Vergine, Coma e Perseo, la Grande Muraglia e il Vuoto Locale.
Al centro della simulazione c’è forse la struttura più importante, una coppia di galassie, le controparti virtuali della nostra Via Lattea e della galassia a noi più vicina, quella di Andromeda.
Il professor Carlos Frenk, Ogden Professor of Fundamental Physics presso l’Institute for Computational Cosmology, presso l’Università di Durham, ha dichiarato:
È emozionante vedere le strutture familiari che sappiamo esistere intorno a noi emergere da un calcolo al computer. Le simulazioni rivelano semplicemente le conseguenze delle leggi della fisica che agiscono sulla materia oscura e sul gas cosmico durante i 13,7 miliardi di anni del nostro universo. Il fatto che siamo stati in grado di riprodurre queste strutture familiari fornisce un supporto impressionante per il modello standard della materia oscura fredda e ci dice che siamo sulla strada giusta per comprendere l’evoluzione dell’intero universo.
Un progetto rivoluzionario
Il progetto di SIBELIUS è davvero rivoluzionario. Si tratta infatti di un test particolarmente importante delle leggi della fisica per come sono state pensate, scoperte, evolute e intrecciate tra loro nel corso del tempo. Molte delle nostre teorie prendono forma e si testimoniano indelebilmente vere.
Stuart McAlpine, ricercatore post-dottorato presso l’Università di Helsinki, ha dichiarato: “Simulando il nostro Universo locale, così come lo vediamo, siamo un passo più vicini alla comprensione della natura del nostro cosmo. Questo progetto fornisce un importante ponte tra decenni di teoria e osservazioni astronomiche.”
I risultati della simulazione SIBELIUS-DARK sono stati pubblicati nel Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) e sono reperibili qui.
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