La simulazione 'Bolshoi' fornisce nuovi punti di riferimento per gli studi cosmologici
La simulazione Bolshoi è la visione più realistica dell'universo che sia mai stata realizzata. Eseguendo il codice di simulazione "Bolshoi" sul supercomputer Pleiadi, i ricercatori sperano di poter spiegare come sono cambiate le galassie e le altre strutture di grandi dimensioni dell'universo dal Big Bang, 13.7 miliardi di anni fa, fino ad oggi. La simulazione Bolshoi ha dato ai fisici e agli astronomi un nuovo potente strumento per comprendere alcuni misteri cosmici come la formazione delle galassie, della materia oscura e dell’energia oscura.
La simulazione traccia un evoluzione della struttura dell'universo su larga scala, compresa l'evoluzione e la distribuzione degli aloni di materia oscura in cui si sono fuse e sono cresciute le galassie. I primi studi mostrano una buona concordanza tra le poiezioni della simulazione e le osservazioni degli astronomi. La densità di materia visibile è superiore alla densità di materia oscura in prossimità dei centri della maggior parte delle galassie, quindi la materia oscura non è molto importante. Ma si estende ben oltre le stelle e i gas, per cui le parti esterne delle galassie sono sostanzialmente composte di materia oscura. Il risultato è rappresentato nell’immagine d'artista sopra, con un alone scuro che circonda quasi tutta la galassia.
Joel Primack, insigne professore di fisica presso la University of California di Santa Cruz, ha detto: "Ciò che è interessante è che ora abbiamo una simulazione estremamente precisa, che fornirà le basi per molti e importanti nuovi studi nei mesi e negli anni a venire". Primack e Anatoly Klypin, professore di astronomia presso New Mexico State University, hanno guidato il team che ha prodotto la simulazione Bolshoi.
Klypin ha scritto il codice del computer per la simulazione, che è stato eseguito dal supercomputer Pleiadi della NASA Ames Research Center. Klypin afferma "Queste grandi simulazioni cosmologiche sono essenziali per l'interpretazione dei risultati delle osservazioni astronomiche in corso e per pianificare le indagini dell'universo. Si prevede che possano aiutarci a determinare la natura della misteriosa energia oscura”.
Primack ha aggiunto: "Abbiamo inserito una grande mole di dati in modo che anche altri astrofisici li possano usare. Finora siamo a meno dell'un per cento della sua potenza effettiva, ma la sua produzione totale è enorme, ci saranno altre realizzazioni supplementari nel futuro. Mi aspetto che la simulazione Bolshoi avrà un grande impatto in campo scientifico".
Anche se la natura della materia oscura rimane un mistero, rappresenta circa l’ 82 per cento della materia nell'universo. Di conseguenza, l'evoluzione della struttura dell'universo è stata guidata dalle interazioni gravitazionali della materia oscura. La materia ordinaria che forma le stelle e i pianeti è caduta nel "pozzo gravitazionale" creato da ammassi di materia oscura, dando origine a galassie nel centro degli aloni di materia oscura.
Lo scopo principale della simulazione Bolshoi è quello di calcolare il modello di evoluzione degli aloni di materia oscura. Le caratteristiche degli aloni nella simulazione Bolshoi sono presentati in un documento che è stato pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal ed è ora disponibile online. Gli autori sono Klypin, Trujillo-Gomez, e Primack. Un secondo documento, che verrà pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal è disponibile online e presenta l'abbondanza e le proprietà della materia oscura delle galassie previste nella simulazione Bolshoi. Gli autori sono Klypin, Trujillo-Gomez, Primack e Aaron Romanowsky.
Il confronto tra le previsioni Bolshoi e le osservazioni delle galassie dalla Sloan Digital Sky Survey ha mostrato un ottima concordanza, secondo Primack. Ci sono voluti 6 milioni di ore CPU per eseguire il calcolo completo sul supercomputer Pleiadi, recentemente classificato come il settimo più veloce supercomputer al mondo. Una variante della simulazione Bolshoi, nota come BigBolshoi o MultiDark, è stato eseguito sul supercomputer stesso con lo stesso numero di particelle, ma questa volta in un volume di dati 64 volte più grande.
BigBolshoi è stato eseguito per prevedere le proprietà e la distribuzione degli ammassi di galassie e di altre strutture di grandi dimensioni nell'universo. Un'altra variante, chiamata MiniBolshoi, è attualmente in fase di esecuzione sul supercomputer Pleiadi. MiniBolshoi si concentra su una porzione più piccola dell'universo e offre una risoluzione ancora superiore a quella del Bolshoi.
La simulazione Bolshoi e le sue due varianti saranno messe a disposizione degli astrofisici di tutto il mondo in varie fasi attraverso il database MultiDark, ospitato dal Potsdam Institute in Germania ed è sostenuta da sovvenzioni provenienti da Spagna e Germania. Primack, Klypin, e i loro collaboratori continuano ad analizzare i risultati della simulazione Bolshoi e a preparare nuovi documenti da pubblicare.
Maggiori informazioni sulla simulazione Bolshoi, immagini e video, è disponibile online all'indirizzo http://hipacc.ucsc.edu/Bolshoi/
