Realizzata la più grande simulazione dell'Universo: aiuterà a comprendere l'evoluzione del cosmo

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di Francesca Argentati

22 Novembre 2023

Realizzata la più grande simulazione dell'Universo: aiuterà a comprendere l'evoluzione del cosmo
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La domanda delle domande è sempre stata la stessa per gli esseri umani: come si è creato il nostro mondo? Come ha avuto origine la materia e tutto ciò che si trova nell'universo? Un nuovo progetto piò aiutare gli astronomi ad avvicinarsi alla risposta.

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Cos'è la materia dell'universo?

Cos'è la materia dell'universo?

Oxford Academic

La materia nell'universo è una componente fondamentale della sua struttura. Si presenta in varie forme, da particelle subatomiche a stelle e galassie, creando una vasta diversità di strutture e fenomeni. Gli elementi chimici, composti da atomi, costituiscono la base della materia. Attraverso processi come la fusione nucleare nelle stelle, gli elementi più leggeri si combinano per formare quelli più pesanti. Gli esseri umani provano da sempre a scoprire come si è creato l'universo: al di là del nostro pianeta esiste uno spazio sconfinato che deve, in qualche modo, aver avuto un'origine. Si dice che, pur sforzandoci di immaginare la vastità dell'universo, ci sarebbe impossibile riuscire a farlo. Effettivamente, si tratta di una grandezza troppo immensa per far sì che una persona possa riuscire a visualizzarla.

La materia si aggrega in ampi ammassi gravitazionali, formando poi galassie che comprendono pianeti, stelle e altri corpi celesti. Interagisce anche con il campo gravitazionale ed è coinvolta in fenomeni cosmologici come l'espansione dell'universo, che secondo le osservazioni è in continua espansione, con galassie lontane che si allontanano le une dalle altre. La materia oscura, invece, non è ancora completamente compresa ma contribuisce significativamente alla massa totale dell'universo, anche se non emette, assorbe o riflette la luce. In pratica, quindi, la materia nell'universo è estremamente diversificata, dalle particelle subatomiche alle immense strutture galattiche, e le sue dinamiche sono essenziali per comprendere l'evoluzione e la struttura dell'universo stesso.

Tuttavia, nonostante possiamo ammirare un numero incredibile di galassie e stelle, non conosciamo ancora la risposta a un quesito di ancestrale importanza: quanta materia c'è nell'universo?

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Il progetto FLAMINGO, la più grande simulazione dell'universo

Il progetto FLAMINGO, la più grande simulazione dell'universo

Oxford Academic

Gli esperti, nel cercare di quantificare la risposta, non si trovano d'accordo. L'osservazione del cosmo genera dubbi su come la materia sia effettivamente distribuita nell'universo e come. Tuttavia, una nuova simulazione potrebbe essere utile a fornire una valutazione più precisa: partendo dal tracciato di tutti gli elementi di cui è composto l'universo, compresa la materia ordinaria, la materia oscura e l'energia oscura, osserva come questi si evolvono sottostando alle leggi della fisica. Nelle immagini della riproduzione si possono osservare in digitale le galassie alimentate da quella che viene definita rete cosmica, ovvero la struttura più grande di tutto l'universo, costituita da filamenti composti da materia normale e da materia oscura.

Il progetto FLAMINGO (Full-idro Large-scale Structure Simulations with All-sky Mapping for the Interpretation of Next Generation Observations), del consorzio VIRGO, realizzato tramite supercomputer presso l’Università di Durhan, Regno Unito, è la più grande simulazione cosmologica mai realizzata. Nella rappresentazione si osservano 300 miliardi di particelle distribuite in un volume cubico di 9,1 miliardi di anni luce. Matthieu Schaller, dell'Università di Leiden, ha spiegato: “Per rendere possibile questa simulazione, abbiamo sviluppato un nuovo codice, SWIFT, che distribuisce in modo efficiente il lavoro computazionale su 30mila CPU”. Nell'immagine di sfondo si osserva la distribuzione attuale della materia oscura, con tre zoom sull'ammasso di galassie più imponente, che rilevano la temperatura del gas, la densità della materia e un monitoraggio ai raggi X.

La più grande simulazione dell'Universo comprende la materia ordinaria

La più grande simulazione dell'Universo comprende la materia ordinaria

Freepik

Per avere una completa simulazione dell'universo, dunque, è necessario includere non sono la materia barionica, dunque pianeti, galassie e stelle, ma anche la materia scura, che può essere rilevata soltanto tramite la sua influenza gravitazionale sulla materia barionica, e l'energia oscura. Una volta fatto questo, occorre tenere conto anche dell'interazione tra le parti mediante la gravità, della reazione della materia scura al riposizionamento dei barioni, della reazione della materia ordinaria alla pressione del gas e di altri processi. Quindi, prendendo nota di tutte queste informazioni e inserendole nella simulazione, FLAMINGO propone una riproduzione dell'universo in scala e confronta le varie previsioni e teorie al suo modello virtuale. Quando i parametri cosmologici inseriti non coincidono con le osservazioni ipotizzate, si generano quelle che vengono definite "tensioni": una di queste prende il nome di tensione8 e riguarda le proprietà del fondo cosmico, ovvero la luce ancora visibile dagli esordi dell'universo, il Big Bang. Le misurazioni hanno prodotto valori diversi, che gli astronomi devono ancora comprendere e risolvere.

Joop Schaye, professore all'Università di Leiden nei Paesi Bassi e coautore del progetto FLAMINGO, presentato in tre diversi studi, ha dichiarato: "Sebbene la materia oscura domini la gravità, il contributo della materia ordinaria non può più essere trascurato." Le simulazioni, in definitiva, sono uno strumento eccezionale per permettere agli scienziati di rivedere i propri modelli e adattarli alla vera distribuzione dell'universo, risolvendo le "tensioni" e acquisendo informazioni sempre più precise e dettagliate su come tutto ha avuto origine.

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