Sapere Scienza

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L’Universo virtuale in un cubo, dal Big Bang ai giorni nostri

2 Settembre 2014 di 

Comprendere e visualizzare come possa essersi evoluto l’Universo, dalla propria creazione, avvenuta circa 13,7 miliardi di anni fa da un Big Bang molto caldo e denso, fino alla formazione di stelle, pianeti e galassie così come oggi le possiamo osservare, è qualcosa che, fino a un decennio fa, sembrava alquanto improbabile.

Quello che invece un gruppo di scienziati ha compiuto recentemente è stato raccogliere tutto quello che si conosce dell’Universo, dalle origini fino ai giorni nostri, inserirlo in un supercomputer e analizzare l’effetto risultante. È questa Illustris Simulation, ossia una delle simulazioni più complesse mai realizzate, in grado di ricostruire virtualmente l’evoluzione dell’Universo, il moto dei gas cosmici e la formazione di stelle e buchi neri, permettendo di ottenere la più ambiziosa analisi sulla formazione delle galassie mai realizzata. Gli istituti di ricerca coinvolti sono molti e prestigiosi: il MIT, le università di Harvard, Heidelberg, Cambridge, Princeton e lo Space Telescope Science Institute.

 

L’Universo in alta fedeltà 

Le precedenti simulazioni erano, in effetti, limitate, per le potenze di calcolo, nella risoluzione spaziale o nella difficoltà di riprodurre con le corrette equazioni i complessi eventi cosmici in gioco. Illustris è invece in grado di visualizzare correttamente l’evoluzione di una porzione di Universo, pari a un cubo di 350 milioni di anni-luce di lato, con una precisione mai raggiunta prima. Ottomila CPU in parallelo hanno quindi lavorato per mesi, nell’intento di studiare gli oltre 13 miliardi di anni di evoluzione del cosmo, includendo sia la materia ordinaria - fatta di elettroni, protoni e neutroni a formare stelle e pianeti - sia la materia oscura e l’energia oscura, le cui origini e composizioni rimangono sì ancora ignote, ma i cui effetti sono ormai dimostrati sperimentalmente.

Con una risoluzione di circa 12 miliardi di pixel nel solo volume di Universo considerato, la simulazione è stata quindi in grado di generare la formazione di galassie, sia a spirale, come la nostra Via Lattea, sia ellittiche, riproducendo al contempo correttamente la distribuzione di galassie in ammassi, nonché la composizione chimica del cosmo, sia su piccola che grande scala.

 

Una macchina del tempo virtuale

Secondo la relatività di Einstein, la luce nel vuoto viaggia a una velocità costante, pari a circa 300.000 km/sec. Quando, nel 2010, il telescopio Hubble ha scoperto la galassia più lontana mai osservata, distante circa 13,2 miliardi di anni luce, è stato come se in quel momento avessimo osservato questa galassia come appariva circa 480 milioni di anni dopo il Big Bang. Per lo stesso motivo, però, Hubble non è in grado di seguirne l’evoluzione. Al contrario Illustris è una macchina virtuale, nuova e potente, in grado di muoversi in avanti e indietro nel tempo, dai giorni nostri sino alle origini dell’Universo, riuscendo a studiare l’evoluzione e la composizione di ogni singola galassia, o addirittura di interi ammassi di galassie.


Molte aree della simulazione rimangono ancora inesplorate e i ricercatori stanno ancora cercando d’interpretare i risultati ottenuti, identificando eventuali possibili differenze dai dati sperimentali. In ogni caso, Illustris rappresenta un nuovo e potente strumento che, insieme ai moderni telescopi spaziali, potrà aiutarci a definire meglio la vera visione dello sterminato cosmo in cui viviamo.

 

[in foto: Ammassi di galassie e materia oscura a formare l’impalcatura del cosiddetto "Web Cosmico"]

Paolo Berra

PhD, ingegnere nucleare e imprenditore, ha studiato gli acceleratori di particelle a Milano, Lione e al CERN di Ginevra e Management a Harvard. Si occupa d’ingegneria, innovazione e angel investing.

copertina sapere 5 2020   settembre-ottobre 2020

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