L’universo delle simulazioni cosmologiche ha vissuto un’espansione significativa nell’ultimo mese. All’inizio di novembre, i ricercatori dell’Argonne National Laboratory, parte del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, hanno utilizzato uno dei supercomputer più avanzati al mondo per realizzare la più grande simulazione idrodinamica dell’universo mai eseguita.
Un Nuovo Traguardo per le Simulazioni Cosmologiche
L’impresa è stata resa possibile grazie al supercomputer Frontier dell’Oak Ridge National Laboratory, che ha stabilito un nuovo standard per le simulazioni di idrodinamica cosmologica. Questo tipo di simulazioni si distingue per l’inclusione di variabili oltre la semplice forza di gravità, come il comportamento del gas barionico e la formazione di strutture cosmiche complesse.
La Struttura dell’Universo e le Simulazioni
La struttura su larga scala dell’universo è costituita da una rete di aloni di materia oscura, all’interno dei quali il gas barionico collassa per formare stelle, galassie e ammassi di galassie. Questa rete cosmica ricorda una vasta rete neurale, con aloni più grandi che ospitano le strutture cosmiche più imponenti. Le simulazioni possono essere eseguite in due modi: considerando solo l’evoluzione degli aloni di materia oscura attraverso la gravità, o includendo anche il comportamento del gas barionico. Quest’ultimo approccio, noto come simulazione di idrodinamica cosmologica, è molto più complesso e richiede risorse computazionali significative.
L’Importanza della Simulazione Idrodinamica
Secondo Salman Habib, direttore della divisione di scienze computazionali di Argonne, per comprendere appieno l’evoluzione dell’universo è essenziale simulare sia la gravità che altri fenomeni fisici, come la formazione di stelle e buchi neri. Le simulazioni di idrodinamica cosmologica permettono di esaminare enormi porzioni di tempo cosmico, coprendo miliardi di anni di espansione dell’universo. Fino a poco tempo fa, tali simulazioni erano impensabili senza limitarsi alla sola gravità.
Il Futuro delle Simulazioni Cosmologiche
Le dimensioni della simulazione realizzata con il supercomputer Frontier sono paragonabili alle porzioni di cielo osservabili con i più grandi telescopi in costruzione. Il codice utilizzato, noto come Hacc (Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code), è stato sviluppato per le macchine petascale e potenziato nell’ambito del progetto ExaSky, parte dell’Exascale Computing Project del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Un Nuovo Standard per le Simulazioni
Andrea Possenti, ricercatore dell’Inaf di Cagliari, sottolinea che la simulazione stabilisce un nuovo parametro di riferimento per il settore. Nonostante i dettagli della simulazione non siano ancora noti, essa rappresenta un passo avanti rispetto a precedenti progetti come Magneticum e Illustris, che hanno avuto numerose applicazioni recenti.
Il Contributo Europeo alle Simulazioni Cosmologiche
L’Europa non resta a guardare. All’interno del Centro di eccellenza europeo CoE-Space, si stanno sviluppando codici di simulazione ancora più complessi e realistici, che includono gli effetti dei buchi neri e della formazione stellare. Dal punto di vista dell’hardware, la macchina pre-exascale Leonardo, situata presso il Tecnopolo di Bologna, è già operativa e accessibile ai ricercatori di Inaf. Inoltre, la prima macchina europea exascale, Jupiter, sarà operativa in Germania nei prossimi mesi.
Queste innovazioni rappresentano un passo significativo verso una comprensione più profonda dell’universo e delle sue dinamiche complesse. Le simulazioni cosmologiche continuano a evolversi, offrendo nuove opportunità per esplorare i misteri del cosmo.
