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LO STUDIO SU NATURE PHYSICS

L’Universo simulato

Uno studio pubblicato su Nature Physics presenta un nuovo modello simulativo di come il nostro Universo si espande. La simulazione, chiamata ‘gevolution’, tiene conto per la prima volta della rotazione dello spazio-tempo e dell’effetto delle onde gravitazionali

Le onde gravitazionali, teorizzate un secolo fa da Einstein e annunciate per la prima volta l’11 febbraio scorso, continuano a riservare nuove sorprese.

 

La conferma della loro esistenza ha infatti fornito l’ultimo tassello di una teoria a cui un gruppo di fisici dell’Università di Ginevra stava lavorando da un po’: la spiegazione di come il nostro Universo si evolve nel tempo.

 

Lo spazio è in continua espansione, e questo ormai è un dato condiviso dalla maggior parte degli astronomi. Ma in che modo avviene una tale accelerazione?

 

Ecco che per rispondere a questa domanda arrivano in aiuto proprio le onde gravitazionali, la cui ampiezza è stata misurata dai fisici di Ginevra grazie una simulazione dell’evoluzione dell’Universo.

 

Il modello matematico è stato realizzato integrando per la prima volta la rotazione dello spazio-tempo e l’effetto delle onde gravitazionali, ottenendo così la più accurata ricostruzione mai elaborata di come l’Universo si espande.

 

Punto di partenza: le equazioni di Einstein, da cui i ricercatori hanno tirato fuori uno strumento completamente nuovo chiamato gevolution. Si tratta di un codice di simulazione che permette appunto di tenere conto delle onde gravitazionali per spiegare il complicato processo che porta alla formazione delle strutture dell’Universo.

 

Il modello simulativo ha analizzato una porzione cubica di spazio formata da 60 miliardi di zone contenenti ciascuna una particella, in modo da studiare il loro movimento rispetto alle particelle circostanti. 

 

I dati sono stati raccolti nel cosiddetto catalogo LATfield2, messo a punto da David Daverio dell’Università di Ginevra. Questo set di parametri ha permesso di risolvere equazioni parziali non-lineari, che sono state poi processate dallo Swiss Supercomputer Center di Lugano.

 

In questo modo i ricercatori hanno tracciato il moto delle particelle, calcolando la distanza e il tempo tra due galassie e misurando così il fenomeno del frame-dragging, ovvero della rotazione dello spazio-tempo.

 

È la prima volta che un modello simulativo riesce a tenere conto del movimento relativistico delle particelle. Le simulazioni elaborate fino a oggi si basavano infatti sulla gravitazione newtoniana, secondo cui lo spazio rimane statico ed evolve solo il tempo. Questo assunto si applica piuttosto bene alle porzioni di Universo in cui la materia si muove lentamente; ma quando le particelle si muovono a velocità relativistiche, i calcoli diventano subito approssimati.

 

Il codice gevolution considera invece lo spazio-tempo come un’entità dinamica: questo significa che sia lo spazio che il tempo cambiano continuamente, proprio come prevede la teoria della relatività generale di Einstein.

 

Grazie a questa simulazione i fisici possono testare la relatività generale su una scala molto più grande di quanto mai fatto prima.

 

I risultati dello studio, coordinato da Ruth Durrer del Dipartimento di Fisica Teorica dell’Università di Ginevra, sono stati pubblicati su Nature Physics. Il codice gevolution sarà presto reso pubblico, in modo da favorire il più possibile la ricerca in questo campo e provare a far luce su altri misteri legati all’espansione del nostro Universo, come quello dell’energia oscura.