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Quattromila universi posson bastare

Per risalire allo stato dell’universo primordiale, un team di astronomi ha messo alla prova, usando 4000 universi simulati, un nuovo metodo di ricostruzione. Il metodo si è rivelato molto efficiente e in grado di porre vincoli alle fluttuazioni primordiali della densità di materia, riducendo il tempo di osservazione necessario per distinguere tra le varie teorie inflazionistiche

     16/02/2021
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Diagramma schematico dell’evoluzione dell’Universo dall’inflazione (a sinistra) al presente (a destra). Il metodo di ricostruzione riavvolge l’evoluzione da destra a sinistra di questa illustrazione per riprodurre le fluttuazioni di densità primordiali dall’attuale distribuzione delle galassie. Crediti: The Institute of Statistical Mathematics

Un gruppo di astronomi giapponesi ha testato un metodo per ricostruire lo stato dell’universo primordiale applicandolo a quattromila universi simulati, utilizzando il supercomputer Aterui II dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (Naoj). I ricercatori hanno scoperto che, insieme a nuove osservazioni, il loro metodo può stabilire migliori vincoli all’inflazione, uno degli eventi più enigmatici nella storia dell’universo. In particolare, il metodo può ridurre il tempo di osservazione necessario per distinguere tra le varie teorie inflazionistiche.

Subito dopo la sua nascita – circa 13.8 miliardi di anni fa – la dimensione dell’universo è improvvisamente aumentata di oltre un miliardo di miliardi di miliardi di volte, in meno di un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di millisecondo; ma nessuno sa come o perché.

Questa improvvisa “inflazione” è uno dei misteri più intriganti dell’astronomia moderna. Si ritiene che questa espansione abbia portato a fluttuazioni primordiali nella densità della materia che potrebbero aver influenzato la distribuzione delle galassie. Pertanto, la mappatura della distribuzione delle galassie potrebbe escludere modelli di inflazione che non corrispondono ai dati osservati.

Tuttavia, esistono processi diversi dall’inflazione che influiscono sulla distribuzione delle galassie, rendendo difficile ricavare informazioni sull’inflazione direttamente dalle osservazioni della struttura su larga scala dell’universo – conosciuta come cosmic web, la rete cosmica composta da galassie e gas. In particolare, la crescita guidata dalla gravità di gruppi di galassie può nascondere le fluttuazioni di densità primordiali.

Un gruppo di ricerca guidato da Masato Shirasaki della Naoj, ha pensato di applicare un “metodo di ricostruzione” per tornare indietro nel tempo e rimuovere gli effetti gravitazionali dalla struttura su larga scala. Utilizzando Aterui II – uno dei supercomputer più veloci del mondo dedicato alle simulazioni astronomiche – hanno creato 4000 universi simulati e li hanno fatti evolvere attraverso una crescita guidata dalla gravità. Hanno quindi applicato il loro metodo per vedere quanto bene è stato ricostruito lo stato iniziale delle simulazioni. Così facendo, il team ha scoperto che il loro metodo può correggere gli effetti gravitazionali e migliorare i vincoli sulle fluttuazioni primordiali della densità. «Abbiamo scoperto che questo metodo è molto efficace», conclude Shirasaki. «Utilizzandolo, possiamo verificare le teorie sull’inflazione con circa un decimo della quantità di dati, riducendo il tempo di osservazione richiesto nelle prossime missioni di rilevamento galattico come Sumire del telescopio Subaru di Naoj».

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