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Pan-European training in computational cosmology: modelling cosmic structures

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Simulare l’Universo

Le simulazioni al computer sono uno strumento essenziale per comprendere in che modo le strutture cosmiche crescono nel nostro Universo. Un’iniziativa finanziata dall’UE ha supportato una nuova generazione di astrofisici per svelare e interpretare nuove prove sulla formazione di satelliti della Via Lattea, arrivando fino alle più grandi strutture cosmiche.

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La continua crescita nella velocità e nella memoria dei computer ha permesso agli astrofisici di effettuare delle simulazioni sempre più dettagliate di complessi fenomeni astronomici. Tali simulazioni al computer sono state preziosissime per limitare i vari parametri dei modelli teorici e per ottenere una comprensione senza precedenti dell’evoluzione del nostro Universo. Grazie al finanziamento dell’UE, l’iniziativa COSMOCOMP (“Pan-European training in computational cosmology: Modelling cosmic structures”) ha riunito centri di eccellenza nel campo della cosmologia computazionale. Questo Network di formazione iniziale (ITN) ha consentito a 8 studenti di dottorato e 24 ricercatori post dottorato di lavorare in modo collaborativo per fornire nuove opinioni sull’Universo osservabile. Per spiegare l’Universo osservabile, le simulazioni cosmologiche effettuate dai partecipanti a COSMOCOMP attingono da molte discipline, che comprendono idrodinamica e microfisica della materia barionica. Risulta difficoltoso dal punto di vista computazionale inserire tutti gli elementi differenti in modelli cosmologici completi. I partner dl network hanno pertanto ottenuto un accesso privilegiato a dei supercomputer di livello mondiale. Assieme al consorzio Virgo, gli studiosi di COSMOCOMP hanno completato la più grande simulazione cosmologica degli N-corpi mai effettuata. Questo calcolo ha risolto le interazioni gravitazionali tra 303 miliardi di particelle in una scatola cosmologica con un lato di 4 286 megaparsec. Questa simulazione Millennium-XXL ha prodotto delle previsioni relative alla distribuzione di massa nell’Universo su scale grandi e piccole. I ricercatori di COSMOCOMP hanno anche sviluppato nuovi codici software per simulazioni idrodinamiche della fisica della formazione delle galassie. Nel codice a griglia mobile AREPO e nel codice di idrodinamica a particelle lisce GADGET, essi hanno manipolato con cura le condizioni nell’Universo per studiare l’evoluzione delle galassie nel corso degli ultimi 13 miliardi di anni. Tra i molti ed eccitanti risultati ottenuti dall’ITN di COSMOCOMP c’è la previsione a lungo cercata relativa alle teorie sulla materia oscura. Per la prima volta sono stati rilevati i raggi gamma provenienti dall’annientamento di particelle di materia oscura. Attraverso un programma di workshop tematici, i ricercatori hanno avuto l’opportunità di condividere risultati e di esaminare collettivamente il quadro teorico che sorregge le loro simulazioni. COSMOCOMP ha esaminato le implicazioni della sua ricerca coinvolgendo la comunità scientifica nel suo complesso, in particolare a conferenze internazionali.

Parole chiave

Strutture cosmiche, fenomeni astronomici, cosmologia computazionale, idrodinamica, materia barionica

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