Questa è la simulazione dell'universo più accurata mai vista

Visto dalla Terra, l’universo sembra immutabile. Ovviamente non lo è: anche se guardandolo non ce ne accorgiamo, è un posto dinamico e in evoluzione. Una nuova serie di visualizzazioni pubblicate ieri su Nature mostra l’universo che si evolve con dei dettagli sbalorditivi. Così non l’avevamo mai visto.

Sappiamo già qualcosa della formazione e dell’evoluzione dell’universo, ma la sua storia nasconde ancora molti misteri. Sappiamo che ha una struttura “schiumosa” e che le galassie che ne costituiscono la parte visibile creano una complessa rete di corpi gravitazionali, una sorta d’impalcatura che si espande nel vuoto cosmico.

Sappiamo che la materia oscura–invisibile a tutt’oggi–costituisce grosso modo il 27 percento del suo contenuto energetico, e che le proprietà esatte di questa materia oscura sono ancora misteriose. Ma conoscere queste strutture e come interagiscono tra loro ci aiuta a capire i processi grazie ai quali l’universo si è formato e continua ad evolvere. Questo è ciò che le simulazioni dell’universo cercano di mostrare.

Generalmente questo tipo di simulazioni mostra l’insieme di galassie che vediamo oggi nell’universo, e risponde alle domande principali che riguardano la sua evoluzione: come si sono generate le prime stelle e le prime galassie, e come questo input iniziale ha continuato a influenzare la successiva formazione di stelle e pianeti.

Nel 2011, gli scienziati dell’Ames Research Centre alla NASA hanno usato il supercomputer Pleiades e la simulazione “Bolshoi” per generare il più accurato modello cosmologico sull’evoluzione dell’universo mai visto. Il risultato mostrava come la materia oscura si è distribuita nello spazio di un miliardo di anni luce. La simulazione era sufficientemente dettagliata, tanto che i ricercatori speravano di poter spiegare i cambiamenti delle grandi strutture dell’universo dal Big Bang in poi. Il programma ha richiesto al computer più di 18 giorni di elaborazione e ha generato una quantità impressionante di dati.

La nuova simulazione, creata da un team guidato da Mark Vogelsberger del Massachusetts Institute of Technology, è la rappresentazione dell’evoluzione dell’universo, con la distribuzione e composizione delle galassie, più accurata di sempre. Questa simulazione inizia 12 milioni di anni dopo il Big Bang e riproduce 13 miliardi di anni di evoluzione cosmica. Possiamo vedere un insieme di galassie ellittiche e a spirale il cui contenuto di idrogeno e metallo corrisponde ai dati delle recenti osservazioni.

“Essenzialmente, il nostro programma segue passo dopo passo l’evoluzione dell’universo, da quando aveva 12 milioni di anni a oggi,” dice Shy Genel, coautore del nuovo lavoro e ricercatore all’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. “Stabiliamo le condizioni iniziali e le mettiamo nel nostro programma, che usa le nostre conoscenze sulle leggi della natura, sull’espansione dell’universo, sulla dinamica, sulla formazione delle stelle e dei buchi neri, sull’energia e le radiazioni che dai buchi neri arrivano fino a qui. Quello che otteniamo, naturalmente, sono galassie che hanno lo stesso aspetto e la stessa forma delle galassie reali.”

Per la prima volta un programma è riuscito a predire caratteristiche di cui poi siamo venuti a conoscenza per mezzo di un’osservazione empirica; si tratta di un notevole passo in avanti nella creazione di modelli di formazione della galassia. Ma ci viene mostrato anche qualcosa di inedito: gruppi misti di galassie con la loro composizione di gas e metalli. Il fatto che il programma possa riprodurre la formazione dell’universo in maniera così dettagliata è la prova che le nostre conoscenze sulle leggi della natura sono corrette.

“Certo, non si tratta di un riscontro definitivo, perché un giorno potremmo scoprire un modello alternativo migliore; penso però che, almeno su questa scala, abbiamo la giusta conoscenza sulle proprietà e sui componenti dell’universo—li abbiamo quasi sotto controllo,” dice Genel. “Ci sono ancora dettagli più fini, che richiederanno molto lavoro.”

Il team di Vogelsberger attribuisce il suo successo al potenziamento dei computer, al perfezionamento degli algoritmi numerici e una comprensione sempre più profonda dei modelli fisici che abbiamo a disposizione per spiegare le interazioni e le evoluzioni delle galassie. Sono riusciti a modellare l’evoluzione della materia visibile nell’universo così come della materia oscura. È molto più di un video meraviglioso. L’interazione tra materia visibile e oscura potrebbe essere fondamentale per gli studi successivi dell’evoluzione dell’universo.