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Q Continuum Simulation

In questa immagine, ogni pannello rappresenta la simulazione di una diversa fase evolutiva dell’Universo che termina, nel pannello a destra, nel periodo odierno. Credit: K. Heitmann et al. 2015

In un recente articolo, pubblicato su Astrophysical Journal Supplement Series, un gruppo di ricercatori guidati da Katrin Heitmann del Computation Institute presso l’Argonne National Laboratory presenta i risultati della simulazione cosmologica più grande attualmente costruita: stiamo parlando della cosiddetta Q Continuum Simulation. Partendo da un volume di 1300 Mpc3, questa simulazione massiva a N-corpi descrive l’evoluzione di oltre la metà di un trilione di particelle man mano che si addensano essendo soggette alla reciproca attrazione gravitazionale, simulando così l’evoluzione dell’Universo nel corso di 13,8 miliardi di anni. Le simulazioni cosmologiche, come questa, sono di vitale importanza per comprendere le osservazioni, studiare i processi di analisi dei dati, investigare le capacità delle future missioni osservative e molto altro.

Astrophysical Journal Supplement Series: THE Q CONTINUUM SIMULATION: HARNESSING THE POWER OF GPU ACCELERATED SUPERCOMPUTERS

arXiv: The Q Continuum Simulation: Harnessing the Power of GPU Accelerated Supercomputers

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Dagli ammassi di galassie nuovi indizi per lo studio dell’energia scura

Abbiamo detto tante volte che uno degli enigmi più profondi della cosmologia moderna riguarda l’energia scura, quella misteriosa componente che sta facendo accelerare l’espansione dell’Universo (vedasi Enigmi Astrofisici). Per risolvere questo mistero, gli astronomi utilizzano uno dei tanti strumenti d’indagine osservativi: la distribuzione degli ammassi di galassie. Oggi, da uno studio recente che ha permesso di determinare in maniera precisa la distanza di questi immensi gruppi di galassie potrebbero emergere nuovi indizi per comprendere la storia evolutiva del nostro Universo.

“Studiando gli ammassi di galassie a varie epoche della storia cosmica, gli astronomi possono capire come è variata l’energia scura in funzione del tempo. Gli ammassi di galassie sono le strutture più grandi che conosciamo ed essi cambiano in maniera dinamica nel corso del tempo. Dunque, questo è un passo fondamentale per la cosmologia perché possiamo comprendere meglio gli effetti dell’energia scura su queste strutture” spiega Jeeseon Song. Insomma, studiare la distribuzione degli ammassi ad epoche differenti della storia cosmica permette agli astronomi di capire come si comporta l’energia scura e quindi di avere nuovi indizi su ciò che può essere la sua vera origine e natura.


arXiv: Redshifts, Sample Purity, and BCG Positions for the Galaxy Cluster Catalog from the first 720 Square Degrees of the SPT Survey

Ecco a Voi una ‘fetta’ di Universo

Un gruppo di ricercatori dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e  dell’Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS) hanno ricavato un metodo di calcolo che permette di seguire in maniera accurata la nascita e l’evoluzione di migliaia di galassie nel corso di miliardi di anni.

Abbiamo creato una varietà di galassie come quelle che vediamo nel nostro Universo locale” spiega Mark Vogelsberger (CfA). Il nostro spazio locale è letteralmente pieno di maestose galassie a spirale come la vicina Andromeda o la galassia Pinwheel  o ancora la galassia Whirlpool. Le spirali sono comuni ma c’è da dire che alcune simulazioni realizzate in precedenza hanno dato dei problemi: di fatto, si ottenevano tante galassie di forma sferica senza il disco o le caratteristiche braccia a spirale. Grazie ad un nuovo programma, denominato Arepo, è stato possibile risolvere queste difficoltà. Creato da Volker Springel (HITS), Arepo genera una simulazione dell’Universo partendo dall’epoca in cui emerge la radiazione cosmica di fondo fino ad ai nostri giorni. Una delle caratteristiche del programma è la geometria che utilizza. Mentre le precedenti simulazioni dividevano lo spazio in regioni cubiche di dimensioni fissate, Arepo utilizza una griglia dinamica che si flette e si muove nello spazio seguendo il moto del gas, delle stelle, della materia scura e dell’energia scura. Grazie al supercomputer Odyssey di Harvard, è stato possibile comprimere, per così dire, 14 miliardi di anni in pochi mesi, un calcolo immane che avrebbe tenuto impegnato un normale PC per almeno qualche centinaia di anni. Ora, il passo successivo sarà quello di considerare volumi più grandi di spazio e una risoluzione spaziale migliore in modo da ottenere la più grande e la più realistica simulazione della struttura su larga scala dell’Universo mai realizzata.


ArXiv 1: Moving mesh cosmology: numerical techniques and global statistics

ArXiv 2: Moving mesh cosmology: the hydrodynamics of galaxy formation

ArXiv 3: Moving mesh cosmology: characteristics of galaxies and haloes

Galassie nane, laboratori ideali per comprendere l’evoluzione dell’Universo

L’immagine della galassia nana NGC 4214 ripresa dal telescopio spaziale Hubble mostra, in rosso, le regioni delle nubi di idrogeno dove si stanno formando nuove generazioni di stelle.
Credit: NASA/ESA

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il telescopio di 2,3m dell’Australian National University (ANU) dell’Osservatorio di Siding Spring è stato possibile studiare un campione di galassie nane distanti. Queste galassie sono considerate laboratori ideali per capire come si è evoluto l’Universo sin dalla sua origine.

Inizialmente, l’Universo era riempito, per così dire, principalmente dagli elementi idrogeno ed elio. Le grandi stelle si formarono da questi elementi e, in seguito alla loro evoluzione, esse consumarono l’idrogeno e l’elio producendo una sorta di ‘cenere cosmica’ composta da elementi più pesanti tra cui l’azoto, il carbonio e l’ossigeno, essenziali per la vita. Quando le grandi stelle consumarono il proprio combustibile nucleare, esse esplosero formando le supernovae riciclando gli elementi più pesanti in nubi di gas idrogeno da cui si formarono successivamente nuove generazioni di stelle. Il fatto sorprendente è che nelle galassie nane questo processo avviene molto lentamente. Esse si possono considerare come una sorta di villaggio storico in cui esistono ancora intatte le vecchie costruzioni e questo ci permette di capire come si mostravano quando si sono formate. Tuttavia, nelle grandi città quasi tutte le vecchie costruzioni sono andate perse per cui diventa difficile dire come apparivano originariamente, proprio come le galassie più grandi. Dunque, studiare le galassie nane ci permette di “vedere” come si mostrava l’Universo molto tempo fa. Per fare questo, occorre analizzare la luce dei vari elementi nelle nubi di idrogeno presenti nelle galassie nane e ciò ci permette di determinare quanto esse sono ricche e come si sono evolute sin dalle origini dell’Universo. I ricercatori che hanno analizzato i dati hanno trovato con grande sorpresa che le misure non sono d’accordo con i modelli attuali: in altre parole, le energie degli elettroni nelle nubi di gas non sono distribuite secondo quanto ci si aspetta, un mistero rimasto inspiegato da circa 40 anni. Ora serviranno ulteriori dati per studiare ancora più in dettaglio gli elementi presenti nelle galassie distanti al fine di comprendere indirettamente come si è evoluto il nostro Universo.

ArXiv: RESOLVING THE ELECTRON TEMPERATURE DISCREPANCIES IN H II REGIONS AND PLANETARY NEBULAE: κ-DISTRIBUTED ELECTRONS