Abbiamo visto un video time-lapse di alberi che crescono o si formano montagne, persino della superficie della Terra accelerata per mostrare come i continenti si sono spostati nelle loro configurazioni attuali e si muoveranno in futuro.
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- Ascoltando il Big Bang
- Un breve tour attraverso la natura del nostro universo
Ora possiamo vedere le immagini time-lapse dell'universo in evoluzione - 13 miliardi di anni di evoluzione cosmica, il tutto all'interno di un cubo di 350 milioni di anni luce su un lato - ridotto allo schermo dei nostri computer. Il video qui sopra ci intreccia nel tempo e nello spazio mentre i gas si riscaldano, le stelle esplodono, le galassie si formano, i buchi neri divorano e l'universo si espande. Vediamo le vaste distese di spazio mappate come materia oscura, temperatura del gas, metalli pesanti, luce visibile, dati che si sovrappongono e si sovrappongono attraverso 12 miliardi di pixel 3D.
"Fino ad ora, nessuna singola simulazione è stata in grado di riprodurre l'universo sia su grande che su piccola scala contemporaneamente", afferma Mark Vogelsberger del MIT / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Vogelsberger, insieme a ricercatori in Germania, Regno Unito e altre istituzioni negli Stati Uniti, ha presentato ieri la loro simulazione su Nature .
Questo universo virtuale ma realistico è stato costruito con un programma per computer chiamato Illustris, che impiegava un codice complesso per costruire l'universo sin dalla sua infanzia, circa 12 milioni di anni dopo il Big Bang.
La creazione di un programma che copre miliardi di anni di tempo ha richiesto un investimento a lungo termine a misura d'uomo: i ricercatori hanno trascorso cinque anni nello sviluppo di Illustris. All'interno di ciò, i calcoli effettivi hanno richiesto tre mesi di "tempo di esecuzione" sui supercomputer e hanno coinvolto ben 8.000 unità centrali di elaborazione (CPU, ciascuna delle quali è il "cervello" di un computer) che lavorano contemporaneamente. Per fare un confronto, il computer desktop medio che lavora da solo avrebbe completato questa attività in 2000 anni.
Quando il calcolo è terminato ai giorni nostri, Illustris aveva costruito più di 41.000 galassie, insieme a ammassi e vuoti di galassie, che secondo i ricercatori catturano molto bene l'essenza dell'universo reale. Lo zoom in avanti rivela una risoluzione così fine che è in grado di mostrare le sostanze chimiche dei gas che turbinano nelle singole galassie.
Come funziona la simulazione? Un piccolo aspetto si basa su un principio fondamentale della luce, la sostanza più veloce dell'universo. La luce viaggia a una velocità nota - 299.792.458 metri al secondo - quindi quando usiamo i telescopi per guardare una galassia a un miliardo di anni luce di distanza, vediamo il passato, luce emessa un miliardo di anni fa. Così gli astronomi più lontani guardano, il padre indietro nel tempo che possono vedere.
Ma le osservazioni dei telescopi creano solo pezzi discreti dell'evoluzione dell'universo e non consentono a nessuno di vedere come, per esempio, una galassia specifica si trasforma nel tempo. Quindi i ricercatori che hanno costruito Illustris hanno dovuto colmare enormi lacune nello spazio e nel tempo sondando i fondamenti di come la materia normale, la materia oscura e l'energia oscura - le "cose" principali dell'universo - interagiscono nello spazio. Come ci si potrebbe aspettare, complessi processi fisici e chimici influenzano il modo in cui si formano le strutture cosmiche.
Il pensiero attuale suggerisce che l'evoluzione delle caratteristiche nello spazio "è un processo autoregolante, nel senso che le strutture che formano, in particolare le stelle e i buchi neri, influenzano l'ambiente circostante e la successiva evoluzione della prossima generazione di strutture", gli autori scrivono sul sito di Illustris. "In Illustris, un insieme completo (anche se non completo) di processi fisici come i venti galattici guidati dalla formazione stellare e l'iniezione di energia termica del buco nero, sono modellati nel corso della storia cosmica." Tali simulazioni sono fondamentali per creare un insieme realistico di galassie modellate.
Altri video prodotti dagli autori mostrano sezioni specifiche della simulazione: 13 miliardi di anni di temperature del gas nello spazio o l'evoluzione completa di una particolare galassia. "Illustris è come una macchina del tempo", afferma il coautore Shy Genel del CfA. "Possiamo andare avanti e indietro nel tempo. Possiamo mettere in pausa la simulazione e zoomare in una singola galassia o ammasso di galassie per vedere cosa sta realmente succedendo. "
E possiamo anche guardare meravigliati, mentre voliamo attraverso filamenti che ricordano le reti neurali, la vastità dello spazio e del tempo e il potere dell'umanità di simularlo.
