Simulare il Web Cosmico

L'idea che le stelle si aggregano negli universi insulari è relativamente nuova per l'astronomia. Fu solo negli anni '20 e '30 che gli astronomi concordarono tra loro che le galassie dovevano essere separate da grandi distanze.

Ma solo negli ultimi 10 anni circa gli astronomi hanno scoperto che le galassie stesse si formano in una struttura molto più grande. I 100 miliardi di galassie di cui siamo a conoscenza sono intrecciati in una disposizione a forma di ragnatela costituita da densi ammassi compatti, filamenti allungati e pareti simili a fogli, in mezzo a grandi regioni vuote quasi vuote.

Questa struttura è diventata nota come la Rete Cosmica e una delle grandi sfide della moderna cosmologia è modellarla e simularla accuratamente.

Si sta rivelando complicato.

Una delle caratteristiche importanti della Rete Cosmica è che le sue strutture variano su molti ordini di grandezza. E poiché le strutture più grandi, come le caratteristiche simili a pareti, sono formate da quelle più piccole come filamenti e ammassi, è fondamentale che qualsiasi modello possa gestire la relazione tra loro a tutte queste scale.

È più facile dirlo che farlo. Un modo per immaginare il problema è pensare allo zoom indietro da un particolare ammasso di galassie per mostrare le strutture più grandi, piuttosto alla maniera del famoso film Powers of Ten realizzato negli anni '70.

Poiché le strutture su piccola scala diventano troppo piccole per essere risolte, la maggior parte dei modelli di computer applica una sorta di processo di livellamento statistico per rendere più facili i calcoli su larga scala.

Ma se si ingrandisce di nuovo, non c'è modo di recuperare le informazioni perse dal processo di levigatura, se non ricostruire nuovamente l'immagine dai dati originali.

Va bene se tutto ciò che vuoi è un modello 3D dell'universo. Ma è un problema se si vuole simulare il modo in cui le strutture su larga scala si formano da strutture più piccole e come, a sua volta, la forma delle strutture di grandi dimensioni influenza il modo in cui si evolvono le strutture più piccole.

Questo tipo di processo di feedback è impossibile da modellare quando il processo di livellamento tra diverse scale essenzialmente distrugge qualsiasi collegamento significativo tra di loro.

Entrano Rien van de Weygaert e Willem Schaap all'Università di Groningen nei Paesi Bassi. Questi ragazzi hanno sviluppato un modo di modellare le strutture su molte scale senza il livellamento innaturale utilizzato da altri approcci.

Il loro trucco è pensare alle galassie come punti nello spazio 3D e riempire lo spazio tra di loro con tetraedri. Questi tetraedri devono essere costruiti in modo tale che, se una sfera fosse gonfiata all'interno di ciascuno fino a toccare i lati, non ci sarebbero galassie all'interno di ciascuna sfera.

Questo è noto come tassellazione di Delauney. La particolarità delle tassellazioni di Delauney è che man mano che la scala si ingrandisce, ci sono regole per combinare i tetraedri in quelli più grandi. Queste regole sono speciali perché sono reversibili, il che significa che le caratteristiche importanti della struttura originale possono essere ricostruite quando si ingrandisce nuovamente.

Ciò rende molto più semplice simulare il feedback tra strutture su varie scale.

Quindi non sorprende che gli astronomi siano entusiasti del potenziale del cosiddetto Delaunay Tessellation Field Estimator (DTFE). Se vuoi saperne di più, de Weygaert e alcuni compagni danno un quadro completo dell'idea sull'arXiv oggi.

Dovrebbe significare che avremo un modello molto migliore della struttura su larga scala dell'universo.

Dovrebbe anche significare che possiamo aggiornare il film Powers of Ten che, comprensibilmente data la sua età, non mostra alcun dettaglio nell'universo al di là del nostro ammasso di galassie locale.

Rif: arxiv.org/abs/0912.3448 : Geometria e morfologia della rete cosmica: analisi dei modelli spaziali nell'universo

nascondere