Simulazione mostra il ruolo nascosto dei buchi neri nell’universo

Con uno dei supercomputer più potenti del pianeta, gli scienziati hanno compiuto un passo decisivo nella comprensione dei fenomeni che regolano i più imponenti sistemi cosmici. Frontier, la macchina da record installata presso l’Oak Ridge National Laboratory negli Stati Uniti, è stata utilizzata per simulare in dettaglio come i getti provenienti dai buchi neri supermassicci influenzino la stabilità degli ammassi di galassie, le strutture più grandi e longeve dell’universo.

La ricerca nasce da una domanda che da anni affascina gli astrofisici: in che modo un sistema così colossale, con la massa pari a mille volte quella della Via Lattea, riesce a rimanere stabile per miliardi di anni senza collassare sotto la propria gravità? La risposta, emersa dai calcoli di Frontier, sembra risiedere proprio nei buchi neri, che a quanto pare non si limitano a inghiottire materia, ma agiscono come veri e propri regolatori cosmici.

I ricercatori hanno simulato un buco nero da un miliardo di masse solari al centro di un ammasso di galassie da un quadrilione di masse solari.

Nel corso della simulazione, durata miliardi di anni virtuali, hanno osservato i cicli di attività dei getti ad altissima energia. Per riuscire a gestire una tale quantità di dati è stato necessario limitare artificialmente la velocità dei getti a circa il 5% di quella della luce. Anche così, l’elaborazione ha richiesto 700.000 ore di calcolo e oltre 17.000 GPU.

L’impiego di Frontier, capace di eseguire due miliardi di miliardi di operazioni al secondo, ha permesso di riprodurre fenomeni finora rimasti inspiegati. È il caso dei filamenti di gas freddo che si intrecciano con il plasma incandescente degli ammassi, osservati ad esempio nel famoso ammasso di Perseo. Secondo lo studio, questi filamenti emergono dall’interazione turbolenta tra gas freddi e plasma a temperature che raggiungono i 100 milioni di gradi Kelvin, il tutto modulato dai campi magnetici che permeano lo spazio intergalattico.

Questo potrebbe essere solamente l'inizio e già si parla di nuove simulazioni ancora più complesse, che includeranno il ruolo dei raggi cosmici e altri effetti del plasma. Secondo i ricercatori, ciò potrebbe fornire spunti non solo per l’astrofisica ma anche per ambiti più vicini a noi, come lo studio delle turbolenze nei reattori a fusione.