Nel Calendario Cosmico, che mappa la cronologia dell'Universo in un singolo anno terrestre, gli esseri umani moderni non appaiono fino all'ultimo minuto del 31 dicembre. Tutto ciò che capiamo sull'evoluzione dell'Universo, l'abbiamo dovuto mettere insieme. Semplicemente non siamo stati in giro per quasi nessuno dei 13,7 miliardi di anni di storia del cosmo per osservarlo in azione.
Ora, utilizzando i supercomputer, un team internazionale di scienziati guidato dall'Università di Helsinki in Finlandia ha prodotto la simulazione più grande e accurata dell'evoluzione dell'Universo locale. Questo può aiutarci a capire le dinamiche in gioco mentre l'Universo continua ad evolversi, compresa la misteriosa materia oscura e l'energia oscura. "Le simulazioni rivelano semplicemente le conseguenze delle leggi della fisica che agiscono e hanno agito sulla materia oscura e sul gas cosmico durante i 13,7 miliardi di anni in cui il nostro Universo è esistito", ha affermato il cosmologo Carlos Frenk della Durham University nel Regno Unito.
"Il fatto che siamo stati in grado di riprodurre queste strutture familiari fornisce un supporto impressionante per il modello standard di materia oscura fredda e ci dice che siamo sulla strada giusta per comprendere l'evoluzione dell'intero Universo". La simulazione si chiama SIBELIUS-DARK e copre un volume di spazio che si estende per 600 milioni di anni luce dal Sistema Solare. Questo include diversi ammassi di galassie, tra cui Vergine, Coma e Perseo, le galassie della Via Lattea e di Andromeda.
All'interno di questo volume di spazio, la simulazione doveva rappresentare circa 130 miliardi di particelle. Il calcolo di queste particelle per l'intera durata della vita dell'Universo, e ad una risoluzione più alta che mai, ha richiesto diverse settimane sul supercomputer DiRAC COSmology MAchine (COSMA) presso l'Università di Durham, producendo un petabyte di dati. Quindi, i ricercatori hanno dovuto confrontare i risultati con indagini osservative dell'Universo reale.
Ciò consente loro di esplorare qualcosa chiamato il modello di cosmologia della materia oscura fredda, lo standard attuale per mappare l'evoluzione dell'Universo. Si basa su una vasta rete cosmica di materia oscura, la misteriosa massa invisibile responsabile dell'aggiunta di gravità all'Universo al di là di ciò che può essere spiegato dalla materia normale.
Secondo questo modello, la materia oscura si accumula in grumi chiamati aloni. L'idrogeno e altri gas alimentano questi aloni, formando infine stelle e poi galassie. Questo modello spiega alcune proprietà dell'Universo osservabile. Tuttavia, la maggior parte delle simulazioni che lo incorporano simulano una patch casuale dell'Universo.
La nostra porzione di Universo è un po' al di fuori della norma randomizzata. La Via Lattea galleggia in un vuoto, o una relativa sottodensità di galassie rispetto alla distribuzione media nell'Universo più ampio. Così i ricercatori hanno deciso di ricreare il nostro angolo dell'Universo, per vedere se il modello della materia oscura fredda potesse riprodurre ciò che vediamo nelle nostre immediate vicinanze.
"Questo progetto è davvero rivoluzionario", ha affermato il cosmologo Matthieu Schaller dell'Università di Leida nei Paesi Bassi. "Queste simulazioni dimostrano che il modello standard della materia oscura fredda può produrre tutte le galassie che vediamo nelle nostre vicinanze. Questo è un test molto importante per il superamento del modello".
Ma SIBELIUS-DARK ha anche dimostrato che il Vuoto Locale potrebbe essere insolito, in quanto sembra essersi evoluto da una quantità locale su larga scala di materia oscura fin dall'inizio. Ciò che ha prodotto questa minore densità nella prima rete cosmica dovrà essere oggetto di future esplorazioni. Nel frattempo, il team condurrà ulteriori analisi della simulazione per testare il modello di cosmologia della materia oscura fredda. "Simulando il nostro Universo, come lo vediamo, siamo un passo più vicini alla comprensione della natura del nostro cosmo", afferma il fisico Stuart McAlpine dell'Università di Helsinki. "Questo progetto fornisce un importante ponte tra decenni di teoria e osservazioni astronomiche".