Durham guida la più grande simulazione dell’Universo: il Palatinato

Di Leo Li

In un recente sforzo di collaborazione per creare la rappresentazione più completa del nostro Universo, il Prof. Carlo Franco, il prof. Adrian Jenkins e il dott. John Helly del Dipartimento di Fisica dell’Università di Durham ha co-ospitato il progetto internazionale SIBELIUS-DARK.

Parte del megaprogetto SIBELIUS (Simulation Beyond The Local Universe), SIBELIUS-DARK ha simulato la struttura cosmica fino a una distanza di 600 milioni di anni luce dalla Via Lattea, avvolgendo tutte le galassie del Gruppo Locale.

Il Gruppo Locale è il gruppo di galassie in cui si trova la nostra casa, la Via Lattea. Si estende per 10 milioni di anni luce – ben avvolto dalle simulazioni SIBELIUS-DARK – ed ha la forma di un manubrio. Da un lato gira a spirale la nostra bella Via Lattea, e dall’altro la Galassia di Andromeda, con la quale siamo in rotta di collisione.

Inimmaginabilmente, una distesa enorme come il Gruppo Locale non è che una minuscola coda del Superammasso della Vergine che di per sé non è che un lobo del Superammasso di Laniakea – stuzzicandoci con una regressione quasi infinita, deridendo la nostra microscopica insignificanza. Da qui il nostro sforzo per ricreare i celesti che dimorano in alto sopra di noi, per mappare l’oscuro sconosciuto.

SIBELIUS-DARK è stato ispirato, ma ha superato, i suoi numerosi predecessori

SIBELIUS-DARK è stato ispirato, ma ha superato, i suoi numerosi predecessori. I ricercatori hanno pienamente compreso l’importanza di vincolare le condizioni iniziali della formazione cosmica per sondare veramente le proprietà microscopiche ed evolutive delle galassie locali. Uno dei principali vincoli, ad esempio, è che il nostro Universo è dominato dalla materia oscura fredda. Mentre le simulazioni precedenti utilizzavano solo singoli oggetti locali o trattavano il volume galattico nel suo insieme ma solo entro un raggio limitato, SIBELIUSDARK ha raggiunto un equilibrio in termini di completezza ed estensione, coprendo una regione più ampia con una risoluzione più elevata.

SIBELIUS-DARK ha utilizzato l’algoritmo BORG (Bayesian Origin Reconstruction from Galaxies), che è un programma completamente probabilistico che riproduceva la distribuzione della materia dell’Universo alimentando sufficienti condizioni statistiche iniziali. Imponendo vincoli cosmologici critici – spostamenti verso il rosso e distanze di spostamento – e una serie “libera” di criteri sul Gruppo Locale – vale a dire le separazioni, le velocità relative e gli orientamenti di altre galassie rispetto alla Via Lattea – 60.000 simulazioni a bassa risoluzione sono state vagliate fino a 2.309 . Una serie di criteri “più rigorosi” è stata quindi imposta ai nove candidati più rappresentativi dei 2.309, ri-simulata a una risoluzione molto più alta per altre mille volte, vagliandola a una misura tre utilizzata finalmente per SIBERIUS-DARK.

Questo algoritmo simulativo è stato eseguito utilizzando il codice SWIFT (SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking) sui supercomputer della Durham University. SWIFT è un altro programma specializzato nella simulazione di forze dovute alla gravità e ai fluidi, la cui esecuzione in questa ricerca ha richiesto diverse settimane (per un totale complessivo di 3,5 milioni di ore di CPU).

SIBELIUS-DARK è una culla di possibilità lasciate inesplorate, proprio come il nostro Universo pieno di cose invisibili

Ci sono due risultati notevoli dalla simulazione. In primo luogo, il numero di aloni con masse superiori alla massa teorica di cut-off è maggiore del previsto. Anche se non impossibile, la probabilità che il volume locale contenga quattro aloni (vale a dire Perseo, Ercole-A, Ercole-B e Norma) è di circa uno su cento. In secondo luogo, l’esistenza di un “buco locale”, una sottodensità di galassie nel nostro vicinato. Questo potrebbe rivelarsi una sfida quando cerchiamo di interpretare i dati sull’espansione cosmica dalle misurazioni del Fondo cosmico a microonde, sebbene non sia così grave da rappresentare un pericolo per il nostro attuale modello standard di cosmologia.

A parte queste due sorprese o anomalie, SIBELIUS-DARK riesce a rappresentare la distribuzione spaziale e le caratteristiche delle galassie vicine in ottimi accordi con i dati empirici osservati.

Eppure le nostre ambizioni non si fermano qui. SIBELIUS-DARK è una culla di possibilità lasciate inesplorate, proprio come il nostro Universo pieno di cose invisibili. I ricercatori hanno messo in guardia contro l’interpretazione eccessiva dei risultati attualmente ottenuti, notando la loro imperfezione. Ma l’assenza di perfezione significa potenziale. Siamo pronti a ri-simulazioni con idrodinamica avanzata e perfezionamenti sulle ricostruzioni di modelli. Con passione e curiosità, un giorno potremmo vedere il nostro Universo con la stessa chiarezza e profondità del cielo blu della nostra Terra.

Immagine: Geralt, Pixabay

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