PROCESSI SIMULATI CON GRANDE DETTAGLIO

Stelle in formazione con supercomputer

Perché la formazione di nuove stelle è assai elevata nelle galassie che si stanno scontrando? La risposta arriva dai risultati prodotti in due serie di simulazioni per 20 milioni di ore di calcolo complessivo, realizzate da un team di ricercatori del Laboratorio AIM del CNRS con due tra i più potenti computer al mondo

Un fotogramma della simulazione delle galassie Antenne in collisione. Le stelle si formano nelle regioni dove la densità di materia è maggiore (indicate dai colori giallo e rosso). Crediti: F. Renaud / CEA-Sap

Un fotogramma della simulazione delle galassie Antenne in collisione. Le stelle si formano nelle regioni dove la densità di materia è maggiore (indicate dai colori giallo e rosso). Crediti: F. Renaud / CEA-Sap

Gli astronomi ormai lo sanno bene: se bisogna cercare zone di spazio dove c’è un alto tasso di formazione stellare, sicuramente conviene puntare telescopi e strumenti in direzione di galassie che si stanno scontrando. Seppure per un certo verso questo scenario può essere intuitivo – dove c’è elevata concentrazione di gas e polveri, proprio nelle zone di ‘scontro’ galattico, ci sono condizioni più favorevoli per il collasso gravitazionale di nuovi astri – per altri aspetti lo è assai meno. In effetti, quando due o più galassie vegono a fondersi, non fanno altro che accrescere i moti turbolenti e casuali del gas al loro interno, situazione che di fatto dovrebbe rallentare se non bloccare del tutto il processo di formazione di nuove stelle.

Un gruppo di scienziati, guidati da Florent Renaud del Laboratorio AIM del CNRS a Saclay, vicino a Parigi in Francia, hanno indagato questi processi attraverso delle accuratissime simulazioni al calcolatore e pubblicato i risultati in un articolo sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Le nuove simulazioni sono state effettuate utilizzando due tra i più potenti supercomputer in Europa. Il team ha modellato sia l’evoluzione di una galassia dalle caratteristiche simili alla nostra Via Lattea che la coppia di galassie interagenti denominata ‘Le Antenne’. Per il primo run di simulazioni, come si dice in gergo tecnico, volte ad analizzare un’estensione di spazio di 300.000 anni luce, gli astrofisici hanno spremuto per 12 mesi i 1440 processori (ciascuno dotato di 8 core) del Supercomputer Curie totalizzando 12 milioni di ore di tempo di calcolo complessivo. L’analisi del sistema delle Antenne ha invece messo alla frusta un altro megacomputer, il SuperMUC che si trova in Germania a Garching, vicino Monaco, per 8 milioni di ore di tempo di calcolo, raggiunte in 8 mesi di attività. Con queste enormi risorse di calcolo i ricercatori sono riusciti a ricostruire il comportamento e le proprietà dei sistemi sotto esame, arrivando a livelli di dettaglio estremi e spingendosi fino a risoluzioni al di sotto di un anno luce.

L’analisi dei risultati di queste simulazioni  ha permesso di spiegare l’apparente contraddizione dell’amplificazione del tasso di formazione stellare in galassie interagenti. Il team ha infatti riscontrato che i processi di collisione modificano gli stati di turbolenza del gas intergalattico. Gas che invece di muoversi in modi più o meno caotici, viene a disporsi in configurazioni nelle quali può venire compresso con maggior facilità. Così, quando due galassie collidono, vengono a creare regioni dove il loro gas è sensibilmente più denso e può dar luogo con maggiore probabilità al processo di formazione stellare.

“Il nostro lavoro rappresenta un grande passo verso la comprensione dei processi di formazione stellare e questo quasi completamente grazie ai progressi ottenuti nel campo dell’elaborazione dati su larga scala. I supercomputer ci stanno aiutando a rivelare la natura delle galassie e di ciò che contengono con dettagli sempre più piccoli, aiutando gli astronomi a ricostruire tutta la loro storia” commenta Florent.

Per saperne di più:

  • l’articolo Starbursts triggered by intergalactic tides andinterstellar compressive turbulence di Florent Renaud, Frédéric Bournaud,Katarina Kraljic e Pierre-Alain Duc pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters