L’importanza degli universi virtuali

Mentre gli scienziati di diversi campi di studio possono condurre esperimenti in laboratorio, come i fisici delle particelle con i loro grandi acceleratori o i biologi che utilizzano potenti microscopi, gli astronomi non sono in grado di studiare da vicino una stella o un pianeta. Persino i telescopi più avanzati forniscono solo immagini istantanee del cosmo in cui sono veramente pochi i cambiamenti che possono essere analizzati durante la nostra vita. Rimangono, perciò, questioni aperte, come ad esempio il problema che riguarda la formazione della nostra galassia, che cos’è la materia scura e quale sia il ruolo che hanno i buchi neri supermassicci che risiedono nel nucleo delle galassie. Nel tentativo di rispondere a queste problematiche, oggi alcuni cosmologi stanno affrontando progetti ambiziosi: creare “universi virtuali” che, grazie alle simulazioni al computer, potranno fornire preziosi indizi per comprendere l’evoluzione cosmica.

Esplorando l’energia scura con i supercomputer

Il prossimo decennio potrebbe vedere un rapido sviluppo nell’ambito della ricerca sull’energia scura, quella enigmatica componente che costituisce circa il 70 percento del contenuto materia-energia dell’Universo. Due nuovi strumenti, molto potenti, esploreranno il cielo a caccia di galassie distanti. DESI, che sta per Dark Energy Spectroscopic Instrument, misurerà la distanza di 35 milioni di oggetti cosmici mentre LSST, il Large Synoptic Survey Telescope, realizzerà una serie di immagini e video ad alta risoluzione di circa 40 miliardi di galassie. Entrambi gli strumenti permetteranno agli astronomi di comprendere ancora più in dettaglio come l’energia scura, quel fenomeno che sembra essere responsabile dell’espansione cosmica accelerata, abbia dato forma alla struttura dell’Universo nel corso del tempo.

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