I ricercatori dell'Università di Zurigo hanno simulato la formazione del nostro intero universo con un grande supercomputer. Un gigantesco catalogo di circa 25 miliardi di galassie virtuali è stato generato da 2 trilioni di particelle digitali. Questo catalogo viene utilizzato per calibrare gli esperimenti a bordo del satellite Euclid, che sarà lanciato nel 2020 con l'obiettivo di indagare la natura della materia oscura e dell'energia oscura.

Nell'arco di tre anni, un gruppo di astrofisici dell'Università di Zurigo ha sviluppato e ottimizzato un codice rivoluzionario per descrivere con una precisione senza precedenti la dinamica della materia oscura e la formazione di strutture su larga scala nell'universo. Come Joachim Stadel, Douglas Potter e Romain Teyssier riferiscono nel loro articolo pubblicato di recente, il codice (denominato PKDGRAV3) è stato progettato per utilizzare in modo ottimale la memoria disponibile e la potenza di elaborazione delle moderne architetture di supercalcolo, come il supercomputer "Piz Daint" del Centro nazionale di calcolo svizzero (CSCS). Il codice è stato eseguito su questa macchina leader mondiale per sole 80 ore, e ha generato un universo virtuale di due trilioni (cioè, duemila miliardi o 2 x 1012) macroparticelle che rappresentano il fluido della materia oscura, da cui è stato estratto un catalogo di 25 miliardi di galassie virtuali.

Studiare la composizione dell'universo oscuro

Grazie all'elevata precisione del loro calcolo, caratterizzato da un fluido di materia oscura che si evolve sotto la propria gravità, i ricercatori hanno simulato la formazione di piccole concentrazioni di materia, chiamati aloni di materia oscura, in cui crediamo si formino galassie come la Via Lattea. La sfida di questa simulazione era modellare galassie piccole quanto un decimo della Via Lattea, in un volume grande quanto il nostro intero universo osservabile. Questo era il requisito posto dalla missione europea Euclid, il cui obiettivo principale è esplorare il lato oscuro dell'universo.

Misurazione di sottili distorsioni

Infatti, circa il 95% dell'universo è buio. Il cosmo è costituito dal 23 percento di materia oscura e dal 72 percento di energia oscura. "La natura dell'energia oscura rimane uno dei principali enigmi irrisolti nella scienza moderna, "dice Romain Teyssier, Professore UZH di astrofisica computazionale. Un puzzle che può essere risolto solo attraverso l'osservazione indiretta:quando il satellite Euclid catturerà la luce di miliardi di galassie in vaste aree del cielo, gli astronomi misureranno distorsioni molto sottili che derivano dalla deviazione della luce di queste galassie sullo sfondo da un primo piano, distribuzione invisibile della massa – materia oscura. "È paragonabile alla distorsione della luce provocata da una lastra di vetro un po' irregolare, ", afferma Joachim Stadel dell'Istituto di scienze computazionali dell'UZH.

Ottimizzazione delle strategie di osservazione del satellite

Questo nuovo catalogo di galassie virtuali aiuterà a ottimizzare la strategia osservativa dell'esperimento Euclid e a ridurre al minimo le varie fonti di errore, prima che il satellite si imbarchi nella sua missione di raccolta dati di sei anni nel 2020. "Euclid eseguirà una mappa tomografica del nostro universo, tracciando indietro nel tempo più di 10 miliardi di anni di evoluzione nel cosmo, " dice Stadel. Dai dati di Euclide, i ricercatori otterranno nuove informazioni sulla natura di questa misteriosa energia oscura, ma spero anche di scoprire nuova fisica oltre il modello standard, come una versione modificata della relatività generale o un nuovo tipo di particella.