LA SFIDA È ANCORA APERTA

Giochi (cosmologici) senza frontiere

Un team di astronomi giapponesi ha lanciato una sfida “cosmologica” creando ben dieci universi virtuali con un supercomputer e chiedendo ai partecipanti di risalire ai parametri segreti usati nella simulazione. Le due squadre che finora hanno accettato la sfida hanno ricostruito l'universo virtuale giapponese con solo l’un per cento di errore. Lo scopo? Convalidare e migliorare le tecniche di analisi dei dati cosmologici

     23/03/2021
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Chi dice che gli scienziati non giocano mai? Un team di astronomi giapponesi ha lanciato una sfida “cosmologica” (non proprio alla portata di tutti) creando ben dieci universi virtuali con un supercomputer e chiedendo ai partecipanti di ricostruire i parametri di simulazione cosmologica – ovviamente tenuti segreti.

Il cubo al centro rappresenta il volume di dati corrispondente all’universo simulato dal team giapponese, confrontato con la dimensione dell’intero universo osservabile per mezzo della radiazione luminosa (a sinistra) e dell’universo osservato dal telescopio Sloan Digital Sky Survey (Sdss), a destra. Le lunghezze dei lati dei cubi corrispondono rispettivamente a circa 75, 40 e 9 miliardi di anni luce, da sinistra. Il colore dell’universo simulato rappresenta la densità della materia (principalmente oscura). Crediti: Takahiro Nishimichi.

Il “faccia a faccia” è stato disputato tra i ricercatori che hanno simulato i dati guidato da Takahiro Nishimichi dell’Università di Kyoto e Masahiro Takada del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe di Tokyo, in Giappone, e due team di analisi dati, uno sulla costa orientale degli Stati Uniti guidato dai ricercatori dell’Institute for Advanced Study di Princeton, e l’altro con sede sulla costa occidentale guidata dalla Stanford University. I risultati della competizione sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review D il 28 dicembre scorso.

Il team giapponese ha preparato un “cubo di dati” di simulazione dell’universo di circa 40 miliardi di anni luce di lato utilizzando parametri cosmologici scelti a caso da una gamma di valori ragionevolmente verosimili, creando un catalogo con le posizioni delle galassie molto simile ai cataloghi basati sulle osservazioni astronomiche reali. Una volta nascosti i parametri usati nella simulazione, il team giapponese ha sfidato altri ricercatori a indovinare i numeri utilizzati per generare il catalogo. A generare l’enorme mole di dati da analizzare è stato il supercomputer dedicato all’astronomia più potente del mondo – Aterui II – gestito dal National Astronomical Observatory del Giappone (Naoj), che ha eseguito una simulazione accurata e su larga scala della struttura dell’universo.

Il supercomputer Naoj Aterui II (Cray XC50) utilizzato per la simulazione a molti corpi di strutture su larga scala dell’universo. Crediti: Naoj

Nonostante ogni squadra avesse una sola possibilità di indovinare i numeri, tutti e due gli sfidanti hanno ricostruito correttamente i parametri cosmologici nascosti dell’universo virtuale giapponese. I valori riportati dai due team statunitensi hanno riprodotto i valori reali con un errore di circa l’1 per cento, migliorando l’accuratezza nella determinazione dei parametri cosmologici convenzionali di un ordine di grandezza. Questo risultato dimostra la validità dei metodi di analisi utilizzati dagli astronomi applicati ai dati osservativi reali.

Tale dispiego di forze (informatiche) è necessario per individuare ed escludere eventuali errori sistematici casuali presenti nei modelli teorici ma non significativi a livello scientifico, e la sfida ha lo scopo di convalidare senza “pregiudizi” – tali sono di fatto i bias di riferimento dei ricercatori – i metodi applicati ai dati osservativi per determinare i parametri cosmologici corretti dell’universo reale.

Basata sulle leggi fondamentali della fisica e sulle osservazioni astronomiche, la cosmologia osservativa è la scienza che si occupa della struttura, dell’evoluzione e dell’origine dell’universo su larga scala. Grazie al notevole progresso delle tecnologie osservative negli ultimi decenni e lo sviluppo di modelli teorici che interpretano le osservazioni derivate dagli strumenti, la gamma dei parametri cosmologici si è ristretta al punto da arrivare a definire la cosmologia attuale “di precisione”. Nonostante ciò, nell’ambito del cosiddetto “modello standard della cosmologia” ci sono elementi ancora sconosciuti, quali la materia e l’energia oscura, che di fatto costituiscono la maggior parte dell’universo. Senza una comprensione profonda di questi aspetti, la vera origine dell’universo resta ancora misteriosa.

Se volete sapere quali sono quindi i numeri corretti dovete avere pazienza: la sfida è ancora in corso. Il team di scienziati giapponesi sta tenendo segreti i dati cosmologici della competizione così da stimolare la competizione in altre squadre e migliorare ulteriormente i risultati ottenuti. 

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