Un modello computerizzato altamente dettagliato è riuscito a catturare la nascita di galassie e di un gigantesco buco nero. Consentendo agli astronomi di seguire la susseguente crescita di queste massicce strutture nella più grande simulazione cosmologica mai effettuata in precedenza.

Credit: Max-Planck-Institute for Astrophysics

Il così chiamato “Millennium Run”, descritto in un articolo apparso sul numero di giugno di Nature, in 28 giorni di intensi calcoli computeristici, ha generato 25 terabytes (25 trilioni di bytes) di dati, tracciando l'evoluzione della materia all'interno di un cubo di 2 miliardi di anni luce per lato (un anno luce è la distanza coperta dalla luce in un anno, circa 6 trilioni di miglia, ovvero 10 trilioni di chilometri).

Ammasso galattico risalente a  0.21 miliardi di anni luce

La simulazione è partita da un punto in cui l'universo era già vecchio 10 milioni di anni, evolvendo poi fino ai nostri giorni, ovvero 13 miliardi di anni dopo. Il gigantesco cubo prodotto dalla simulazione contiene circa 10 miliardi di “particelle”, ognuna pari alla massa di un miliardo di soli. Questi colossali blobs di materia cosmica interagiscono gravitazionalmente l'uno con l'altro nel ciberspazio generato dal computer. La gravità spinge alcune particelle a fondersi. Nel centro di questi ammassi di materia, si possono formare delle galassie, a seconda della dimensione dell'ammasso e delle caratteristiche delle particelle che si fondono. Ci vuole un ammasso formato da qualche migliaio di particelle per generare una galassia grande come la Via Lattea.

Stesso ammasso risalente a 4.7 miliardi di anni luce

Più che fornire tutti i dettagli delle stelle in formazione e dei cumuli di gas, il Millenium Run fornisce il framework, lo scheletro, delle galassie nascenti, concentrandosi sull'elusiva “materia oscura”, che è la forma di materia dominante nell'universo, mentre quella ordinaria, che emette luce, corrisponde solo a un 10%.

“Al momento, possiamo solo simulare la materia oscura, dato che non possiamo vederla”, ha detto Nickolay Gnedin della University of Colorado. Dato che la materia oscura interagisce solo con la forza di gravità, il Millenium Run è stato programmato in modo da simulare le complesse interazioni gravitazionali di 10 miliardi di ammassi “oscuri”, incluse le relazioni dinamiche tra radiazioni e gas necessarie alla formazione di stelle.

Stesso ammasso risalente a 13.6 miliardi di anni luce

Il Millenum Run è solo il primo passo verso la creazione di un universo digitale che si avvicini a quello reale. Una volta superato lo “scoglio” della materia oscura, il team internazionale di ricercatori, battezzatosi “Virgo Consortium” (Consorzio della Vergine), cercherà di sviluppare un modello affidabile per studiare la formazione delle galassie. Il Millenium Run ha già mostrato di poter reggere una simulazione pienamente idrodinamica, anche se i volumi rappresentati sono ancora relativamente contenuti.

I ricercatori contano anche di “mettere a fuoco” i quasar, gli oggetti più luminosi dell'universo, per verificare se siano gli effettivamente dei giganteschi buchi neri, come si ipotizza, alcuni dei quali con una massa pari a miliardi di volte quella del nostro sole. Recenti osservazioni effettuate con lo Sloan Digital Sky Survey (SDSS) hanno localizzato dei quasar ad una distanza che corrisponde al momento in cui l'universo era 1/10 della sua evoluzione. “Dei buchi neri così grandi, ad un età così giovane, sono del tutto implausibili secondo le attuali teorie cosmologiche”, ha detto Volker Springel, del Max Planck Institute for Astrophysics.

Se la simulazione è corretta, allora le prime galassie quasar formatesi nell'universo successivamente si sono trasformate nelle massicce galassie che oggi risiedono al centro dei più dei più grandi ammassi galattici.

“Il vantaggio di poter calcolare separatamente il web cosmico di materia oscura, è che avremo la libertà di esplorare diversi modi in cui le galassie possono essersi formate”, dice August Evrard della University of Michigan, “specie nel prossimo futuro, quando la simulazione sarà resa pubblica e chiunque potrà divertirsi a sperimentare i propri modelli galattici”.

Istituzione scientifica citata nell'articolo:

The Virgo Consortium