Ricostruire l’inter
o universo in un computer sembra uno sforzo improponibile. E per ora lo è. La simulazione al calcolatore delle galassie è una faccenda complicata: troppi fattori da mettere insieme, troppe variabili da considerare, troppe ore-precessore da impegnare nell’elaborazione dati. E come se non bastasse i vari modelli di simulazione finora ideati restituiscono spesso risultati non perfettamente congruenti tra loro. Come armonizzare e ottimizzare allora questi complicati processi di calcolo?
Un team di astrofisici guidato da ricercatori dell’Università della California a Santa Cruz ha deciso di affrontare di petto il problema mettendo in piedi AGORA (Assemblig Galaxy of Resolved Anatomy), un progetto aperto che vede la collaborazione, a oggi, di 90 astrofisici provenienti da 45 istituzioni di 8 paesi diversi. L’obiettivo è quello di trovare un accordo e una sintesi nei differenti risultati dei vari modelli di simulazione disponibili, confrontando gli output dei diversi codici tra loro e con le osservazioni vere e proprie.
“La fisica della formazione delle galassie è estremamente complessa, e la gamma di lunghezze, masse e tempi che dev’essere simulata è immensa”, spiega Piero Madau, professore di astronomia e astrofisica presso l’Università della California di Santa Cruz e co-presidente del progetto AGORA.
“Bisogna incorporare la gravità, risolvere le equazioni dell’idrodinamica e considerare nel codice il raffreddamento dei gas, la formazione stellare e l’iniezione di energia da supernovae. E dopo mesi di calcolo da parte di qualche potente supercomputer, si guardano i risultati e spesso ci si chiede se sono davvero fenomeni naturali quelli che si stanno così descrivendo, o se qualcuno dei risultati è in realtà frutto della particolare implementazione numerica che si è utilizzato”.
La grande sfida delle simulazioni a computer è la modellizzazione numerica di processi astrofisici che avvengono su una vasta gamma di scale spaziali. A seconda che si studi la formazione stellare, la formazione delle galassie o la struttura a grande scala dell’Universo, i modelli computazionali dovranno tener conto di parametri completamente diversi. Per fare un esempio, nei modelli che riguardano fenomeni intergalattici sarà basilare considerare la precisa composizione chimica di gas e polveri, caratteristiche superflue se si sta cercando di ripercorrere l’evoluzione dell’intero Universo. È, in poche parole, un problema di risoluzione: a seconda del processo simulato è importante ottimizzare le informazioni da inserire per minimizzare gli enormi calcoli dei computer.
Il progetto AGORA prenderà in analisi vari codici finora ideati e con questi svilupperà diverse simulazioni e modellizzazioni. Allo stato attuale delle cose, nonostante utilizzino tutti la stessa astrofisica e le stesse condizioni iniziali, ogni codice restituisce risultati leggermente o sostanzialmente diversi. L’obiettivo finale è allora quello di estrapolare da questi modelli alcune caratteristiche osservabili quali la forma, la struttura interna, la velocità e la distribuzione di energia spettrale delle galassie. Si potrà così confrontare le simulazioni prima tra loro e poi con le osservazioni di galassie reali. “Questo progetto ci dirà quali sono gli ingredienti chiave che riproducono galassie realistiche a prescindere dai codici numerici. E sarà uno stimolo per la comunità, per sforzarsi di più nel confronto dei propri risultati con quelli degli altri”, si augura Ji-hoon Kim, ricercatore della CalTech University, coordinatore di AGORA e primo autore del paper introduttivo al progetto di prossima pubblicazione su Astrophysical Journal Supplement.