Immagine simulata che mostra la distribuzione della materia nell'Universo. Credito d'immagine: MPG. Clicca per ingrandire.
Il consorzio Virgo, un gruppo internazionale di astrofisici di Regno Unito, Germania, Giappone, Canada e Stati Uniti, ha pubblicato oggi (2 giugno) i primi risultati della più grande e realistica simulazione della crescita della struttura cosmica e della formazione di galassie e quasar. In un articolo pubblicato su Nature, il Virgo Consortium mostra come il confronto di tali dati simulati con grandi sondaggi osservazionali possa rivelare i processi fisici alla base dell'accumulo di galassie e buchi neri reali.
La "Millennium Simulation" ha impiegato oltre 10 miliardi di particelle di materia per tracciare l'evoluzione della distribuzione della materia in una regione cubica dell'Universo oltre 2 miliardi di anni luce da un lato. Ha mantenuto il principale supercomputer presso il Centro di supercomputer della Max Planck Society a Garching, in Germania, occupato per più di un mese. Applicando sofisticate tecniche di modellazione ai 25 Terabyte (25 milioni di Megabyte) di output archiviato, gli scienziati Virgo sono in grado di ricreare storie evolutive per i circa 20 milioni di galassie che popolano questo enorme volume e per i buchi neri supermassicci visti occasionalmente come quasar nei loro cuori .
I telescopi sensibili alle microonde sono stati in grado di immaginare direttamente l'Universo quando aveva solo 400.000 anni. L'unica struttura in quel momento erano increspature deboli in un mare altrimenti uniforme di materia e radiazioni. L'evoluzione guidata dalla gravità in seguito trasformò queste increspature nell'enorme struttura ricca che vediamo oggi. È questa crescita che la Millennium Simulation è progettata per seguire, con gli obiettivi gemelli di verificare che questo nuovo paradigma per l'evoluzione cosmica sia effettivamente coerente con ciò che vediamo e di esplorare la complessa fisica che ha dato origine alle galassie e ai loro buchi neri centrali .
I recenti progressi della cosmologia dimostrano che circa il 70 percento del nostro universo è attualmente costituito da energia oscura, un misterioso campo di forza che lo sta facendo espandere sempre più rapidamente. Apparentemente circa un quarto è costituito dalla Cold Dark Matter, un nuovo tipo di particella elementare non ancora rilevata direttamente sulla Terra. Solo circa il 5 percento è costituito dalla normale materia atomica con cui abbiamo familiarità, la maggior parte di quella costituita da idrogeno ed elio. Tutti questi componenti sono trattati nella Millennium Simulation.
Nel loro articolo su Nature, gli scienziati di Virgo usano la Millennium Simulation per studiare la crescita precoce dei buchi neri. Lo Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ha scoperto una serie di quasar molto distanti e molto luminosi che sembrano ospitare buchi neri almeno un miliardo di volte più massicci del Sole in un momento in cui l'Universo era meno di un decimo della sua era attuale.
"Molti astronomi hanno ritenuto impossibile conciliarsi con la graduale crescita della struttura prevista dal quadro standard", afferma Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics, Garching), leader del progetto Millennium e primo autore dell'articolo, "Tuttavia , quando abbiamo provato la nostra modellazione della galassia e della formazione di quasar abbiamo scoperto che alcuni enormi buchi neri si formano abbastanza presto per tenere conto di questi rarissimi quasar SDSS. I loro ospiti di galassie compaiono per la prima volta nei dati del Millennio quando l'Universo ha solo poche centinaia di milioni di anni e oggi sono diventati le galassie più massicce nei centri dei più grandi ammassi di galassie. "
Per il Prof Carlos Frenk (Institute for Computational Cosmology, University of Durham), capo della Vergine nel Regno Unito, l'aspetto più interessante dei risultati preliminari è il fatto che la Millennium Simulation dimostra per la prima volta che i modelli caratteristici hanno impresso sulla questione la distribuzione nelle prime epoche e visibile direttamente nelle mappe a microonde, dovrebbe essere ancora presente e dovrebbe essere rilevabile nella distribuzione osservata delle galassie. "Se riusciamo a misurare le oscillazioni barioniche sufficientemente bene", afferma il Prof Frenk, "allora ci forniranno una barra di misurazione standard per caratterizzare la geometria e la storia di espansione dell'universo e così conoscere la natura dell'Energia Oscura."
"Queste simulazioni producono immagini sbalorditive e rappresentano una pietra miliare significativa nella nostra comprensione di come l'Universo primordiale ha preso forma." ha dichiarato l'amministratore delegato della PPARC, il prof. Richard Wade. "La Millennium Simulation è un brillante esempio dell'interazione tra teoria ed esperimento in astronomia poiché le ultime osservazioni di oggetti astronomici possono essere utilizzate per testare le previsioni di modelli teorici della storia dell'Universo."
Le applicazioni più interessanti e di vasta portata della Millennium Simulation devono ancora arrivare secondo il prof. Simon White (Max Planck Institute for Astrophysics) che dirige gli sforzi della Vergine in Germania. "Nuove campagne di osservazione ci stanno fornendo informazioni di precisione senza precedenti sulle proprietà delle galassie, dei buchi neri e della struttura su larga scala del nostro Universo", osserva. “La nostra capacità di prevedere le conseguenze delle nostre teorie deve raggiungere un livello di precisione corrispondente se vogliamo usare questi sondaggi in modo efficace per conoscere l'origine e la natura del nostro mondo. La Millennium Simulation è uno strumento unico per questo. La nostra più grande sfida ora è quella di rendere disponibile il suo potere agli astronomi di tutto il mondo in modo che possano inserire la propria galassia e la modellazione della formazione di quasar al fine di interpretare le proprie indagini osservative ".
Fonte originale: comunicato stampa PPARC
