Scritto: Domenica, 17 Novembre 2019 19:54 Ultima modifica: Domenica, 17 Novembre 2019 23:18

Galassie in provetta In evidenza


La provetta è un potente supercomputer in Germania e la simulazione numerica è la più dettagliata e realistica di questo genere mai effettuata. Ed è uno spettacolo anche per gli occhi!

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Visione frontale e di taglio per una galassia a spirale simulata; a sinistra la distribuzione della componente gassosa in una fase giovanile, quella a destra rappresenta la popolazione stellare 2,5 miliardi di anni dopo.. Visione frontale e di taglio per una galassia a spirale simulata; a sinistra la distribuzione della componente gassosa in una fase giovanile, quella a destra rappresenta la popolazione stellare 2,5 miliardi di anni dopo.. Credits: TNG collaboration

 C'è una categoria di astronomi (se è possibile chiamarli ancora in questo modo) che, invece di sbirciare i corpi celesti attraverso i grandi telescopi, preferisce ricrearli nella memoria di un computer. Facendo opportune ipotesi sulle condizioni iniziali, essi realizzando modelli sempre più realistici di porzioni dell'Universo e, applicando le leggi fisiche note, fanno evolvere il sistema fisico sino ad ottenere risultati comparabili con le osservazioni reali. Queste "creazioni virtuali" non sono un mero divertimento ma sono utilissime per identificare davvero le suddette condizioni iniziali, capire il ruolo delle componenti che non riusciamo a vedere (come la materia oscura) e fare addirittura previsioni sull'esito di future osservazioni con strumenti astronomici che non sono stati ancora realizzati.

 Questo è proprio quello che sono riusciti a fare, ultimamente, i ricercatori del progetto Illustris TNG. Si tratta di un team internazionale (c'è anche un giovane italiano, Federico Marinacci che adesso lavora al MIT) che porta avanti da anni un ambizioso progetto coordinato dal tedesco Volker Springel e che mira ad utilizzare sistemi informatici ad alte prestazioni e una suite con i migliori programmi di simulazione astrofisica sull'evoluzione dell'Universo e sulla formazione delle Galassie. 

TNGscaled

Confronto tra le porzioni di spazio considerate dai tre insiemi di simulazioni TNG - Credits: TNG-Illustris collaboration - Processing: Marco Di Lorenzo

 Ogni simulazione in Illustris-TNG fa evolvere una vasta porzione di un Universo, partendo da subito dopo il Big Bang fino ai giorni nostri, tenendo conto di una vasta gamma di processi fisici che guidano la formazione di galassie. Le simulazioni possono essere utilizzate per studiare un'ampia gamma di temi riguardanti l'evoluzione dell'Universo, gli ammassi e le galassie al suo interno. Il modello cosmologico standard ipotizza che la densità di energia e di massa dell'Universo sia dominata da forme sconosciute di materia oscura e energia oscura. Testare questo straordinario scenario porta a fare previsioni precise sulla formazione della struttura nella materia visibile (direttamente osservabile sotto forma di stelle, gas diffuso e buchi neri), organizzate in una "rete cosmica" di membrane, filamenti e vuoti, all'interno della quale sono incorporate le unità di base della struttura cosmica, le galassie.

 Per testare le teorie attuali sulla formazione e l'evoluzione delle galassie, ci si sforza di creare galassie simulate sempre più più dettagliate e realistiche, confrontandole con quelle reali. Le ultime simulazioni magneto-idro-dinamiche prendono in considerazione tre differenti volumi di spazio, illustrate nella figura soprastante e ciascuna delle quali riguarda qualche decina di miliardi di particelle discrete o "elementi" che rappresentano la distribuzione di gas e di materia oscura con un grande dettaglio. Il volume più piccolo prende in esame un cubo di quasi 170 milioni di anni luce di lato mentre quella più ampia considera un volume ampio quasi 1 miliardo di anni luce (queste sono le dimensioni attuali, poiché nel passato era molto più piccolo a causa dell'espansione cosmologica). Ciascuna simulazione richiede svariate settimane e l'intero pacchetto ha richiesto oltre un anno.

boxComposite TNG100 1 z0 manyfields sm

Rassegna delle grandezze calcolate in una porzione di spazio simulato dal TNG-100 all'epoca attuale (z=0). Da sinistra, densità della materia oscura, densità del gas, velocità del gas, densità stellare, temperatura, contenuto di elementi pesanti (metallicità), numero Mach per le onde d'urto, intensità del campo magnetico e luminosità nei raggi X. - Credits: TNG collaboration - Processing: Marco Di Lorenzo

 Queste simulazioni non sono solo scientificamente utili, sono anche estremamente suggestive e spettacolari. Lo dimostrano le immagini ma soprattutto le animazioni, come questa che mostra la densità del gas durante la formazione di una galassia a spirale, partendo da un centinaio di milioni dopo il Big Bang fino ai giorni nostri.. Nella parte principale vediamo la distribuzione su grande scala della materia oscura su grande scala in basso a sinistrala e con la distribuzione di gas e stelle su piccola scala in basso a destra. Si può assistere alla coalescenza con altre galassie minori. Nella galleria del sito TNG ci sono molte altre animazioni mozzafiato, peraltro disponibili anche in risoluzione 4K (per chi ha la fortuna di possedere uno schermo UHD) e consiglio vivamente di darci una occhiata.

Hazel

Il supercomputer Hazel Hen - Image by Boris Lehner - Courtesy of HLRS - Processing: Marco Di Lorenzo 

 Il supercomputer utilizzato si chiama "Hazel Hen" e si trova a Stoccarda, nel centro di calcolo HSLR. E' un modello XC40 della Cray Corporation, contiene oltre 15000 processori Intel-Xeon a 2,5 GHz (ciascuno con 12 cores) e teoricamente raggiunge una velocità di calcolo di oltre 7 Petaflops (1 PF=1015 operazioni in virgola mobile al secondo). Quattro anni fa era l'ottavo computer più potente al mondo, adesso è scivolato al n.34 della classifica "Top 500". A tale proposito, nei prossimi giorni a Denver dovrebbe uscire la nuova classifica aggiornata dei supercomputer... ne riparleremo!

 

Riferimenti:

x

https://insidehpc.com/2019/11/video-tng50-cosmic-simulation-depicts-formation-of-a-single-massive-galaxy/

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Read 219 times Ultima modifica Domenica, 17 Novembre 2019 23:18
Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58 | Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

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