Controluce - Figure per descrivere
pensare elementi
L'immagine
Superammasso di galassie
Le immagini rappresentano l’evoluzione di una fetta di universo larga 93,75 Mpc/h, alta 62,50 Mpc/h e profonda 15 Mpc/h (Mpc sta per megaparsec 1Mpc= 3260000 anni luce circa, h è la costante di Hubble, cioè il fattore - dell'ordine delle unità - di accelerazione dell'espansione dell'Universo in base al quale sono calcolate le distanze cosmiche).
Nelle immagini i punti che appaiono più luminosi sono galassie, ammassi di galassie e ammassi di ammassi di galassie, detti superammassi.
Le galassie, infatti, non solo si raccolgono in ammassi , ma questi ammassi si raggruppano a loro volta in ammassi di ammassi, o super ammassi. La scoperta risale un’indagine su un settore della volta celeste con un campione di circa 1 100 galassie realizzata nel 1985, durante la quale un gruppo di astronomi dello Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics si accorsero che, contrariamente alle loro previsioni, le galassie si organizzavano in pareti, a formare cosmiche "bolle" attorno a immensi spazi vuoti.Sondaggi successivi come il 2dFGRS (Two degrees Field Galaxy Redshfit Survey) hanno ampiamente confermato questo risultato e hanno portato a visualizzare varie strutture e a definire la posizione della nostra galassia nel Gruppo Locale come parte di una catena chiamata Superammasso Locale che ha il suo centro nell'Ammasso della Vergine. A sua volta il Superammasso Locale è collegato ad altre simili strutture in una sorta di rete cosmica (cosmic web).
Le immagini visualizzano l’evoluzione della distribuzione di densità degli ammassi, e non della loro emissione luminosa. Gli ammassi di galassie, che si formano nelle intersezioni dei filamenti lungo i quali si concentra la materia che forma l'universo, contengono del gas estremamente caldo, ma quella visualizzata dalla figura è la densità di materia oscura e non del gas responsabile dell'emissione luminosa.
Lo scenario cosmologico che soggiace ai calcoli che hanno prodotto l'immagine è il cosiddetto LCDM, una delle ultime versioni del modello che postula il Big Bang. "CDM" sta per Cold Dark Matter, la materia fredda e non osservabile come radiazione elettromagnetica che costituirebbe un terzo del contenuto di energia dell'Universo. Questa materia è chiamata oscura perché non intergisce con la radiazione luminosa. "L" sta invece per Lambda, la costante cosmologica introdotta da Einstein per spiegare come mai l'Universo non subisca un collasso gravitazionale e recentemente ritornata in auge con il nome di Dark Energy: una forma sconosciuta di energia repulsiva che occorre assumere nel modello per rendere conto dell'accelerazione dell'Universo. Le immagini mostrano come il gas si disponga addensandosi lungo strutture filamentari la cui formazione è il risultato dell'attrazione gravitazionale. Le zone di maggior densità sono rappresentate con colori chiari.
L’immagine principale presenta il superammasso nello stato attuale dell’Universo. Tre delle immagini secondarie risalgono a redshift superiori, cioè alle condizioni in cui si trovano le galassie più lontane (e più antiche, perché la luce che vediamo oggi risale a epoche più remote) che, secondo la teoria dell’espansione dell’Universo su cui si basa lo scenario LCDM, si stanno allontanando a una velocità superiore (per redshift si intende infatti lo spostamento verso il rosso dello spettro della radiazione luminosa che è precisamente l'indicazione dell'accelerazione di questo allontanamento, che secondo la teoria di Hubble è proporzionale alla distanza). Una quarta immagine associata inquadra una fetta di Universo di 375 Mpc/h di base.
Nelle immagini i punti che appaiono più luminosi sono galassie, ammassi di galassie e ammassi di ammassi di galassie, detti superammassi.
Le galassie, infatti, non solo si raccolgono in ammassi , ma questi ammassi si raggruppano a loro volta in ammassi di ammassi, o super ammassi. La scoperta risale un’indagine su un settore della volta celeste con un campione di circa 1 100 galassie realizzata nel 1985, durante la quale un gruppo di astronomi dello Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics si accorsero che, contrariamente alle loro previsioni, le galassie si organizzavano in pareti, a formare cosmiche "bolle" attorno a immensi spazi vuoti.Sondaggi successivi come il 2dFGRS (Two degrees Field Galaxy Redshfit Survey) hanno ampiamente confermato questo risultato e hanno portato a visualizzare varie strutture e a definire la posizione della nostra galassia nel Gruppo Locale come parte di una catena chiamata Superammasso Locale che ha il suo centro nell'Ammasso della Vergine. A sua volta il Superammasso Locale è collegato ad altre simili strutture in una sorta di rete cosmica (cosmic web).
Le immagini visualizzano l’evoluzione della distribuzione di densità degli ammassi, e non della loro emissione luminosa. Gli ammassi di galassie, che si formano nelle intersezioni dei filamenti lungo i quali si concentra la materia che forma l'universo, contengono del gas estremamente caldo, ma quella visualizzata dalla figura è la densità di materia oscura e non del gas responsabile dell'emissione luminosa.
Lo scenario cosmologico che soggiace ai calcoli che hanno prodotto l'immagine è il cosiddetto LCDM, una delle ultime versioni del modello che postula il Big Bang. "CDM" sta per Cold Dark Matter, la materia fredda e non osservabile come radiazione elettromagnetica che costituirebbe un terzo del contenuto di energia dell'Universo. Questa materia è chiamata oscura perché non intergisce con la radiazione luminosa. "L" sta invece per Lambda, la costante cosmologica introdotta da Einstein per spiegare come mai l'Universo non subisca un collasso gravitazionale e recentemente ritornata in auge con il nome di Dark Energy: una forma sconosciuta di energia repulsiva che occorre assumere nel modello per rendere conto dell'accelerazione dell'Universo. Le immagini mostrano come il gas si disponga addensandosi lungo strutture filamentari la cui formazione è il risultato dell'attrazione gravitazionale. Le zone di maggior densità sono rappresentate con colori chiari.
L’immagine principale presenta il superammasso nello stato attuale dell’Universo. Tre delle immagini secondarie risalgono a redshift superiori, cioè alle condizioni in cui si trovano le galassie più lontane (e più antiche, perché la luce che vediamo oggi risale a epoche più remote) che, secondo la teoria dell’espansione dell’Universo su cui si basa lo scenario LCDM, si stanno allontanando a una velocità superiore (per redshift si intende infatti lo spostamento verso il rosso dello spettro della radiazione luminosa che è precisamente l'indicazione dell'accelerazione di questo allontanamento, che secondo la teoria di Hubble è proporzionale alla distanza). Una quarta immagine associata inquadra una fetta di Universo di 375 Mpc/h di base.
La tecnica
Simulazione di idrodinamica a particelle lisce (SPH)
L’immagine presenta i risultati di una simulazione realizzata con GADGET2, ultima versione del programma di simulazione GADGET (GAlaxies with Dark matter and Gas intEracT), programma di pubblico dominio scritto da Volker Springel al Max Planck Institute for Astrophisics e specificamente progettato per simulare processi che si svolgono su scala cosmologica.
GADGET calcola i rapporti tra le forze gravitazionali in gioco con un modello cosiddetto a n-body/SPH, dove SPH sta per Smoothed Particle Hydrodynamics. La SPH, sviluppata negli anni 80-90 per la simulazione di processi astrofisici e recentemente proposta anche per trattare problemi di termofluidodinamica, è una tecnica di simulazione che rende discreto il materiale continuo, considerandolo composto da particelle “lisce”, "smussate" (smoothed). Nella simulazione, le particelle si muovono, ognuna con la sua storia, lungo la loro traiettoria classica, ubbidendo però a vincoli di continuità e di equilibrio idrodinamico. L'interazione tra queste "particelle" è cioè modellata in modo che non ne risultino discontinuità, ma piuttosto un comportamento globalmente fluido. GADGET può essere usato sia per studiare sistemi isolati, sia per simulazioni che tengono conto delle deformazioni cosmologiche dello spazio-tempo. Rispetto alla prima versione del codice, le aggiunte fondamentali apportate in GADGET2 sono i modelli per i buchi neri e il feedback associato sia alla formazione stellare che all'accrescimento di materia sui buchi neri.
Le immagini risultano da un cospicuo “esperimento” computazionale che è stato battezzato Millennium Run, una simulazione che ha calcolato la traiettoria di più di 10 miliardi di “particelle” per visualizzare l’evoluzione della distribuzione della massa in un cubo di 2 miliardi di anni luce di lato, ricreando nascita e morte di circa 20 milioni di galassie, con le loro collisioni e i buchi neri e le quasar che a volte ne risultano. La simulazione ha richiesto più di un mese di calcolo, occupando 25 Tbytes di memoria presso Supercomputing Centre della Max Planck Society a Garching.
GADGET calcola i rapporti tra le forze gravitazionali in gioco con un modello cosiddetto a n-body/SPH, dove SPH sta per Smoothed Particle Hydrodynamics. La SPH, sviluppata negli anni 80-90 per la simulazione di processi astrofisici e recentemente proposta anche per trattare problemi di termofluidodinamica, è una tecnica di simulazione che rende discreto il materiale continuo, considerandolo composto da particelle “lisce”, "smussate" (smoothed). Nella simulazione, le particelle si muovono, ognuna con la sua storia, lungo la loro traiettoria classica, ubbidendo però a vincoli di continuità e di equilibrio idrodinamico. L'interazione tra queste "particelle" è cioè modellata in modo che non ne risultino discontinuità, ma piuttosto un comportamento globalmente fluido. GADGET può essere usato sia per studiare sistemi isolati, sia per simulazioni che tengono conto delle deformazioni cosmologiche dello spazio-tempo. Rispetto alla prima versione del codice, le aggiunte fondamentali apportate in GADGET2 sono i modelli per i buchi neri e il feedback associato sia alla formazione stellare che all'accrescimento di materia sui buchi neri.
Le immagini risultano da un cospicuo “esperimento” computazionale che è stato battezzato Millennium Run, una simulazione che ha calcolato la traiettoria di più di 10 miliardi di “particelle” per visualizzare l’evoluzione della distribuzione della massa in un cubo di 2 miliardi di anni luce di lato, ricreando nascita e morte di circa 20 milioni di galassie, con le loro collisioni e i buchi neri e le quasar che a volte ne risultano. La simulazione ha richiesto più di un mese di calcolo, occupando 25 Tbytes di memoria presso Supercomputing Centre della Max Planck Society a Garching.
Cos'e' controluce
Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.
La scienza procede per modelli e anche per immagini. L'osservazione dei fenomeni, gli esperimenti di laboratorio, l'intuizione matematica, le simulazioni al computer utilizzano in molti casi la sintesi e la capacità evocativa di un'immagine. Sopratutto, le immagini sono un irrinunciablile ingrediente della comunicazione della scienza, sia interna che esterna a una certa disciplina.
Le immagini di Controluce vengono scelte e descritte da Ulisse con un lavoro di confronto e di dialogo con gli scienziati che le hanno prodotte. Si tratta di immagini che nascono direttamente dall'attività di ricerca, ma che hanno un alto potenziale comunicativo anche per un pubblico più ampio.
