Ammira il più grande Universo simulato mai creato

I ricercatori dell'Università di Zurigo hanno usato un supercomputer per creare il più grande universo virtuale della storia, popolato da circa 25 miliardi di galassie generate da 2 trilioni di particelle. La simulazione sarà utilizzate per calibrare Euclid, un satellite che sta venendo sviluppato dall'Agenzia Spaziale Europea e che verrà lanciato nel 2020 per investigare la natura della materia e dell'energia oscura.

La simulazione rappresenta il culmine di 3 anni di lavoro sul codice della simulazione da parte dei ricercatori svizzeri. Dopo aver finito il codice, è stato sganciato per 80 ore sul supercomputer Piz Daint, il più potente supercomputer del mondo.

L'universo simulato — che raffigura le concentrazioni di materia oscura conosciute come "aure" che si pensa racchiudano la maggior parte delle galassie — presenta una cura dei dettagli senza precedenti. Come descrivono i ricercatori nel loro paper pubblicato sul Computational Astrophysics and Cosmology, la sfida riguardava la simulazione delle aure di materia oscura piccole quanto un decimo della grandezza della Via Lattea in un volume grande quanto l'universo osservabile. Non si è trattato di una sciocchezza, ma è stato necessario per calibrare Euclid, che a partire dal 2020 osserverà oggetti simili nella vita reale.

I cosmologi pensano che la materia e l'energia oscura compongano circa il 23 e il 72 percento dell'Universo, rispettivamente. Nonostante la loro ubiquità, sono alcune delle sostanze più misteriose dell'astrofisica.

"La natura dell'energia oscura rimane uno degli interrogativi irrisolti della scienza moderna," ha spiegato Romain Teyssier, un astrofisico computazionale dell'Università di Zurigo. Il problema, come suggerisce il nome, è che la materia e l'energia oscura non possono essere osservate a occhio nudo — la loro presenza è conosciuta soltanto grazie alle loro interazioni con la materia barionica, ovvero quella visibile.

Per questo motivo, la cosmologia sta vivendo un'esplosione di entusiasmo nella ricerca della materia oscura, in particolare negli ambiti di ricerca che sfruttano i supercomputer per modellare vari aspetti della materia e dell'energia oscura. Fino ad oggi, nessuna di queste simulazioni ha mai sfiorato i livelli di complessità e dettaglio della recente simulazione di Zurigo, unica nel suo genere anche perché sarà usata per calibrare una missione spaziale reale per studiare l'universo oscuro.

Inoltre, questa simulazione migliorerà anche la qualità e la granularità delle simulazioni future.

"La flessibilità in tempo reale di queste simulazioni cambia le carte in tavola fintanto che le stesse teorie vengono sfruttate nelle misurazioni cosmologiche," hanno scritto i ricercatori nel loro paper. "Per la prima volta le simulazioni non saranno utilizzate soltanto per comprendere gli effetti o fare previsioni, ma saranno necessarie per estrarre parametri fisici fondamentali dalle raccolte di dati future. Devono diventare parte della pipeline di analisi dei dati."

Nel corso della sua missione di mappatura da 6 anni, Euclid scruterà attraverso 10 miliardi di anni di storia dell'universo per aiutare i cosmologi a comprendere meglio il ruolo che la materia e l'energia oscura hanno giocato nel formare l'universo e le galassie che lo popolano.

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Guarderà la luce di miliardi di galassie e misurerà le minuscole distorsioni nel tragitto che la luce effettua per arrivare fino al satellite. Questa distorsione è il segnale che la luce sta venendo influenzata da una massa invisibile: la materia oscura.

Inoltre, l'espansione accelerata dell'universo è generalmente attribuita all'energia oscura, benché i meccanismi in gioco in questo caso debbano ancora essere compresi. Misurando il modo in cui la luce cambia mentre la fonte di luce si sta allontanando da Euclid (un incremento della lunghezza di frequenza conosciuto come spostamento verso il rosso), i cosmologi sperano di ottenere ulteriori informazioni sul ruolo che l'energia oscura gioca nel nostro universo in espansione.