Un team internazionale di astronomi ha effettuato quella che si ritiene essere la più grande simulazione cosmologica al computer, tracciando non solo materia oscura ma anche ordinaria come pianeti, stelle e galassie
Le simulazioni FLAMINGO, così sono state chiamate, calcolano l’evoluzione di tutte le componenti dell’universo – la materia ordinaria, la materia oscura e l’energia oscura – secondo le leggi della fisica. Con il progredire della simulazione, emergono galassie virtuali e ammassi di galassie. Tre articoli sono stati pubblicati in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: uno descrive i metodi, un altro presenta le simulazioni e il terzo esamina come le simulazioni riproducono bene la struttura su larga scala dell’Universo.
L’importanza dei telescopi spaziali
Recentemente lanciato dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) l’Euclid Space Telescope insieme al grandioso JWST della NASA raccolgono quantità impressionanti di dati su galassie, quasar e stelle. Simulazioni come FLAMINGO giocano un ruolo chiave nell’interpretazione scientifica dei dati collegando le previsioni delle teorie sul nostro universo ai dati osservati. Secondo la teoria, le proprietà del nostro universo sono stabilite da alcuni numeri chiamati ‘parametri cosmologici’. I valori di questi parametri possono essere misurati molto precisamente in vari modi: uno di questi si basa sulle proprietà della radiazione cosmica di fondo (CMB), un debole bagliore di fondo lasciato dall’Universo primitivo. Tuttavia, questi valori non corrispondono a quelli misurati con altre tecniche che si basano, ad esempio, sul modo in cui la forza gravitazionale delle galassie piega la luce (lente). Queste ‘tensioni’ potrebbero segnalare la scomparsa del modello standard di cosmologia – il modello della materia oscura fredda.
Materia oscura e materia ordinaria
Le prime simulazioni fatte hanno decretato che sia i neutrini che la materia ordinaria sono essenziali per fare previsioni accurate. Le simulazioni che tracciano anche la materia barionica ordinaria sono molto più impegnative e richiedono molta più potenza di calcolo. Questo perché la materia ordinaria – che costituisce solo il sedici per cento di tutta la materia nell’universo – non risente solo della gravità, ma anche della pressione del gas, che può far uscire materia dai buchi neri attivi e dalle supernove lontano nello spazio intergalattico. La forza di questi venti intergalattici dipende dalle esplosioni che avvengono nell’universo interstellare e sono molto difficili da prevedere. Inoltre, non è da trascurare il contributo dei neutrini, particelle subatomiche di massa molto piccola ma non esattamente nota – ma il loro movimento non è stato ancora mai simulato.
Flamingo
Flamingo è la più grande simulazione cosmologica mai creata, utilizza 300 miliardi di elementi di risoluzione (particelle con la massa di una piccola galassia) in un volume cubico con bordi di dieci miliardi di anni luce! Le simulazioni FLAMINGO aprono una nuova finestra virtuale sull’universo che contribuirà a sfruttare al meglio le osservazioni cosmologiche. Inoltre, la grande quantità di dati (virtuali) crea opportunità per fare nuove scoperte teoriche e per testare nuove tecniche di analisi dei dati, tra cui l’apprendimento automatico. Utilizzando l’apprendimento automatico, gli astronomi possono quindi fare previsioni su universi virtuali casuali e confrontandoli con osservazioni di strutture su larga scala, possono misurare i valori dei parametri cosmologici. Infine, possono misurare le incertezze (errori di sistema) confrontando i dati con le osservazioni – grazie a JWST – che limitano l’effetto dei venti galattici.
