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Il Lumina Project è la più grande simulazione dell’universo primordiale mai realizzata ed è nato per mettere alla prova le teorie su come tutto ha avuto inizio. L’origine del cosmo rimane uno dei grandi misteri della scienza e nel tempo sono emerse diverse ipotesi verificabili, dal modello del Big Bang all’inflazione cosmica fino alle proposte della cosmologia quantistica. Per confrontarle con qualcosa di concreto, i ricercatori del Center for Astrophysics, frutto della collaborazione tra Harvard e lo Smithsonian, hanno costruito un modello digitale che supera di gran lunga tutti quelli precedenti.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, descrive come materia ordinaria, materia oscura e radiazione abbiano probabilmente interagito durante i primi 2 miliardi di anni di vita dell’universo. La regione ricostruita equivale a un cubo con lati di circa 1,5 miliardi di anni luce. Il precedente primato apparteneva a Thesan, una simulazione del 2022 che copriva circa un miliardo di anni in un cubo di circa 300 milioni di anni luce di lato. Il livello di dettaglio deriva in buona parte dalle osservazioni del James Webb Space Telescope della NASA e di altri telescopi che dedicano molto tempo agli oggetti celesti più antichi. Proprio studiando quei corpi lontanissimi gli scienziati sono riusciti a mettere insieme almeno qualche idea sull’aspetto del cosmo delle origini.
Lumina Project: un supercomputer al lavoro sulla reionizzazione
Tutto è stato elaborato sul supercomputer Frontier dell’Oak Ridge National Laboratory, in Tennessee. La macchina conta circa 37.000 GPU e il progetto ne ha sfruttate circa 15.000. È stata questa potenza di calcolo a permettere di ottenere il modello più vasto e dettagliato di sempre, con parecchi elementi inediti a disposizione dei ricercatori.
Uno di questi riguarda la reionizzazione dell’elio, un processo che secondo gli scienziati si è verificato nelle prime fasi dell’universo. All’epoca il cosmo era talmente caldo che quasi tutta la materia era ionizzata, cioè formata da particelle cariche. Circa 380.000 anni dopo il Big Bang la temperatura scese e gli atomi iniziarono a legarsi tra loro formando idrogeno ed elio comuni. Poco più tardi, almeno su scala cosmica, comparve la prima generazione di stelle, che emise abbastanza luce ultravioletta da ionizzare di nuovo gli atomi vicini.
“Lumina segue la reionizzazione sia dell’idrogeno sia dell’elio” ha spiegato Zier. “Questo ci permette di studiare i due processi insieme in un’unica simulazione coerente, che cattura la reionizzazione così come è avvenuta e lascia che i suoi effetti influenzino subito l’universo in evoluzione all’interno del modello.” Aaron Smith, professore assistente di fisica alla University of Texas at Dallas e tra gli autori dello studio, ha definito il gruppo incredibilmente fortunato a poter costruire strumenti come Lumina. “Per la prima volta possiamo seguire la trasformazione dell’idrogeno e dell’elio nella loro forma moderna in un volume di universo così enorme, riuscendo comunque a distinguere le galassie e gli altri oggetti luminosi che guidano questo cambiamento” ha dichiarato.
Il compito principale del Lumina Project è aiutare la comunità scientifica a verificare le teorie sull’universo primordiale e a capire se la fisica conosciuta è in linea con i risultati del modello. Il team ha già tratto alcune previsioni interessanti, tra cui quella secondo cui nell’universo primordiale ci sarebbero state “meno galassie massicce” di quanto suggeriscano le osservazioni del telescopio Webb. Nella simulazione compaiono anche i misteriosi piccoli punti rossi individuati da JWST, che alcuni scienziati oggi ritengono essere stelle buco nero.
Immagini spettacolari del cosmo delle origini
C’è poi un effetto collaterale tutt’altro che trascurabile, perché la simulazione produce immagini davvero splendide. Mostrano molte delle interazioni dell’universo primordiale, con gas a diverse temperature che si mescolano, reazioni chimiche e la posizione delle prime galassie e delle prime stelle. Il modello ricostruisce anche la distribuzione della materia oscura e dell’energia oscura, e il risultato è un susseguirsi di nuvole colorate, fili e filamenti. Nelle immagini i toni caldi dell’arancione e del giallo indicano le zone in cui il gas si muove più velocemente, mentre i filamenti viola rappresentano la trama della materia oscura.
Uno dei video parte da una ripresa ampia dell’intero volume simulato e poi stringe l’inquadratura su una singola galassia sospesa in uno spazio quasi vuoto, restituendo l’idea di quanto sia immensa la ricostruzione. Quasi ogni fotogramma potrebbe diventare uno sfondo. Un altro filmato attraversa un enorme alone all’interno della simulazione e aggiunge via via diversi livelli, come la densità della materia oscura, la temperatura del gas, la sua metallicità, cioè la quantità di elementi pesanti presenti nel gas cosmico, e la luce delle stelle. Alla fine i livelli vengono spenti e sullo schermo resta un ammasso di galassie. In tutto il Lumina Project mette a disposizione 15 video, che spaziano dalla densità dei gas alla reionizzazione di idrogeno ed elio.
Fonte: TecnoAndroid