di Riccardo Meggiato

 

Studiare l’evoluzione dello spazio per capirne l’origine. Questo, in fondo, è lo scopo di un gruppo di astrofisici dell’Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS) che, in collaborazione, con Max-Planck Institutes for Astronomy, Harvard University e MIT, sono al lavoro su un modello simulativo dell’evoluzione dell’universo. Le basi sono state poste con la precedente simulazione “Illustris”, ma adesso si sono spinti ancora più in là, tenendo conto in modo ancora più preciso dei fattori fisici che hanno contribuito alla formazione della galassia e della sua evoluzione. Come? Con una mastodontica mole di calcoli, naturalmente.

Tutto parte da AREPO, un complesso software dedicato alle simulazioni idrodinamiche del cosmo, secondo un modello dinamico, quindi senza parametri predefiniti. Evoluzione pura, senza freni, della miglior specie. Pensate che, fino a questo momento, simulazioni di questo tipo si basavano su modelli di Lagrange o Eulero, mettendo una serie di “paletti”, come la soppressione dell’instabilità dei fluidi o l’eliminazione dell’invarianza galileiana, che di fatto semplificavano i risultati. Del resto, la scelta era obbligata: con la tecnologia a disposizione in quel momento occorreva fare delle semplificazioni e si sono scelte quelle meno impattanti. Con un progresso tecnologico a cadenza quasi quotidiana, tuttavia, sono arrivati strumenti dalla capacità di calcolo ben maggiore del passato e questo ha dato spazio ai ricercatori per sviluppare delle simulazioni ancora più complesse. E così ecco AREPO, una tecnologia software che elimina queste limitazioni, sviluppandosi su piccoli tasselli, liberi di muoversi e quindi capaci di fornire risultati assolutamente realistici. Ogni tassello, un pezzetto di cosmo pronto per essere studiato. Considerando le dimensioni della galassia, è chiaro che per far funzionare AREPO serve grande potenza e questa infatti viene fornita da uno dei più efficienti super-computer al mondo. Parliamo dell’Hazel-Hen dell’High Performance Computer Center di Stuttgart, che offre la bellezza di oltre 24000 “core”. In pratica, quasi come avere 24000 processori che macinano calcoli all’unisono per studiare la formazione e l’evoluzione della galassia nel corso di miliardi di anni luce. Per la prima volta, una simulazione di questo tipo può tenere conto di processi fisici come l’amplificazione di campi magnetici cosmici, la produzione di metalli pesanti come magnesio ed europio nelle esplosioni di supernove di diverso tipo, o l’immissione di energia cinetica tramite l’espulsione di gas dai buchi neri. Una mole di parametri che contribuiscono in modo determinante all’esattezza dei modelli simulativi TNG100 e TNG300, inclusi nel progetto IllustrisTNG (“Illustris The Next Generation”). Dopo mesi di lavoro, questo complesso apparato ha fornito i primi risultati, sotto forma di previsioni teoriche che hanno consentito ai ricercatori di scrivere già dozzine di “paper” scientifici, in attesa di pubblicazione. Uno dei primi e più entusiasmanti lavori è legato alla previsione della struttura su larga scala delle galassie, che può essere studiata per la prima volta dal punto di vista idrodinamico. Paroloni, per esprimere un concetto in realtà semplice. Le galassie sono composte da un’intricata rete di gas e stelle che ne decretano dimensioni, forma e sviluppo. In questo modo è possibile predire la loro evoluzione e, su queste basi, fare anche il percorso contrario, alla ricerca dell’origine dell’universo. Di particolare interesse, stando ai ricercatori, la possibilità di predire con accuratezza l’influenza dei buchi neri supermassicci sulla distribuzione della materia oscura, cioè quella materia diversa da quella comunemente osservabile e che è parte integrante della galassia. Si tratta solo di uno dei tanti risultati ottenuti finora da questo nuovo tipo di simulazione, ma è chiaro che nei prossimi mesi molto altro sarà messo a disposizione dei ricercatori, in virtù di oltre 500 terabyte di dati generati finora, che promettono di rivoluzionare la nostra conoscenza dell’universo.