Un supercomputer situato presso il Laboratorio Nazionale di Oak Ridge negli Stati Uniti ha recentemente portato a termine la più grande simulazione astrofisica dell’Universo mai realizzata fino ad oggi. Questo straordinario risultato è stato ottenuto grazie all’utilizzo di 9.000 nodi di calcolo del supercomputer Frontier nel novembre 2024. La simulazione ha coinvolto un volume dell’Universo in espansione che misura oltre 31 miliardi di megaparsec cubici.
Il progetto, denominato ExaSky, si prefigge di fornire preziose informazioni agli astrofisici e ai cosmologi per comprendere l’evoluzione e la fisica dell’Universo, inclusa l’indagine sulla misteriosa natura della materia oscura. Il fisico Salman Habib del Laboratorio Nazionale di Argonne negli Stati Uniti, che ha guidato l’operazione, spiega che nell’Universo esistono due componenti fondamentali: la materia oscura, che interagisce principalmente tramite la forza gravitazionale, e la materia convenzionale, nota anche come materia atomica.
Habib sottolinea l’importanza di simulare entrambe queste componenti per comprendere appieno il funzionamento dell’Universo. Le simulazioni idrodinamiche cosmologiche consentono di studiare non solo l’effetto della gravità, ma anche altri fenomeni fisici come la formazione di stelle, buchi neri e galassie, creando una sorta di “lavandino astrofisico”. Guardando attraverso lo spazio e il tempo, che sono strettamente interconnessi su scale cosmiche, gli scienziati possono ricostruire l’evoluzione dell’Universo.
Le simulazioni rappresentano uno strumento fondamentale per analizzare i processi evolutivi dell’Universo, consentendo di manipolare variabili, accelerare il tempo e ottenere una visione più chiara di come si sono sviluppati gli eventi nel cosmo. Tuttavia, la complessità dello spazio richiede un’enorme quantità di calcoli matematici e la potenza di calcolo di supercomputer estremamente avanzati.
Habib evidenzia che le simulazioni precedenti hanno spesso dovuto semplificare alcuni aspetti per motivi di efficienza, tralasciando molte delle variabili coinvolte nelle simulazioni idrodinamiche cosmologiche. Con l’avvento di supercomputer sempre più potenti, come il Frontier, è stato possibile ampliare le dimensioni delle simulazioni per modellare in modo più accurato l’espansione dell’Universo.
Il fisico sottolinea che per simulare un vasto tratto dell’Universo, come quello esplorato dall’Osservatorio Rubin in Cile, è necessario considerare enormi frammenti di tempo, spaziando su miliardi di anni di espansione. L’evoluzione degli algoritmi, della matematica e del codice necessario per eseguire la simulazione ExaSky ha richiesto anni di lavoro e sforzi dedicati.
Nonostante sia ancora necessario del tempo prima che vengano pubblicate analisi dettagliate basate sulla simulazione, un video rilasciato dal team mostra un massiccio ammasso di galassie che si uniscono in un volume di spazio di dimensioni impressionanti. Questo volume rappresenta solo una piccola frazione dell’intera simulazione, lasciando presagire risultati sorprendenti per il futuro.
L’astrofisico Bronson Messer del Laboratorio Nazionale di Oak Ridge sottolinea che non è solo la vastità del dominio fisico simulato a rendere questa simulazione straordinaria, ma anche il realismo fisico aggiunto che include i barioni e tutte le altre dinamiche fisiche. Questo rende la simulazione un vero tour de force per il supercomputer Frontier, che si conferma come uno strumento fondamentale per l’avanzamento della ricerca astrofisica e cosmologica.
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