Come si forma una galassia

Описание: Dove andiamo, da dove veniamo?
Per quanto riguarda l’evoluzione delle galassie le risposte si fanno sempre più precise, anche grazie a simulazioni al calcolatore come questa che stiamo vedendo, chiamata Illustris TNG50 e sviluppata sotto la guida di ricercatori e ricercatrici dell’Istituto tedesco Max Planck, tra cui l’italiana Annalisa Pillepich.

Qui vediamo rappresentato, in un periodo di tempo da poco dopo il Big Bang fino all’epoca attuale, il movimento del gas, dove ai colori più chiari corrispondono velocità fino a 1000 chilometri al secondo.

Illustris TNG è la nuova generazione delle più dettagliate simulazioni del cosmo mai realizzate grazie all’utilizzo dei più potenti supercomputer esistenti. Calcoli che mostrano anche visivamente l’articolata formazione e interazione dei filamenti di gas da cui prendono origine stelle e galassie. Rispetto alle precedenti TNG 300 e TNG 100, la particolarità di questa specifica simulazione, denominata TNG 50, è di prendere in considerazione una zona più ristretta, un cubo di universo da 230 milioni di anni luce di lato.

L’eccezionale risoluzione di queste simulazioni permette - caso unico - di visualizzare dettagli un milione di volte più piccoli. Una dimensione corrispondente più o meno a quella di una galassia a spirale media, come potrebbe essere la nostra Via Lattea.

Ecco che si può dunque seguire l’evoluzione della galassia, passando per la rapida comparsa del disco galattico e dei suoi bracci, continuamente smembrati da collisioni con altre galassie, da esplosioni di supernove e dall’attività del buco nero centrale. Con l’età matura, questa irrequieta girandola cosmica si adagia poi in un più tranquillo tran tran di bassa formazione stellare.

Nel riquadro in basso a sinistra abbiamo una vista d’insieme, in cui la nostra galassia è solo un puntino, mentre – al contrario – nei riquadri a destra è mostrato uno zoom sulla parte centrale della galassia, dove i puntini luminosi rappresentano le stelle accese.

Agli astrofisici interessano valori dai nomi strani come la metallicità e il campo di velocità del gas, oppure la luminosità H-alfa, tutte informazioni che la simulazione è in grado di calcolare e di mostrare in scale di colori che ne rappresentano la variazione.

Nella ricetta per sfornare una tipica galassia, non può mancare l’ingrediente segreto che, in questo caso, determina in maniera totale la riuscita della preparazione: la materia oscura. Si ritiene infatti che le galassie debbano essere abbondantemente farcite di una sostanza di cui si avverte il potente effetto gravitazionale ma che finora non si è mai riusciti ad osservare.

Questa simulazione di una galassia che diventerà simile ad Andromeda, mostra nel riquadro in basso proprio una vista a grande campo della variazione nel tempo della densità di materia oscura, mentre a destra abbiamo il solito zoom sulla parte centrale.

Una simulazione di questo tipo, che copre un arco temporale pari quasi all’età dell’universo, è stata realizzata utilizzando oltre 20 miliardi di particelle per rappresentare materia oscura, stelle, gas cosmico, campi magnetici, buchi neri supermassicci. Per calcolare le loro interazioni fluido-magneto-dinamiche è stato necessario più di un intero anno di elaborazione sui 16mila processori Intel paralleli del supercomputer Cray XC40, operativo al centro di calcolo ad alte prestazioni di Stoccarda.

Servizio di Stefano Parisini, Media Inaf
Crediti video: D. Nelson (Mpa) and the Illustris TNG team
Musiche: Do You Know Where You're Going To?, aa.vv.
---
MediaInaf Tv è il canale YouTube di Media Inaf (http://www.media.inaf.it/)