Simulazioni cosmologiche

Fino a pochi anni fa gli studi di formazione delle galassie erano complicati da molte le incertezze, dipendenti sia dalla sottostante cosmologia che dalla traduzione dei processi fisici più rilevanti. Ora siamo nell’era della cosiddetta "cosmologia di precisione", ossia il modello di fondo è ormai piuttosto ben definito grazie alla ricchezza di osservazioni disponibili, in particolare quelle delle fluttuazioni del fondo cosmico a microonde. Possiamo quindi calcolare, con ragionevole fondatezza, l'evoluzione della componente dinamicamente dominante, la materia oscura (DM), sotto la guida della sola forza di gravità. Partendo da una gamma ragionevole di fluttuazioni di densità primordiali, le regioni più dense evolvono collassando in filamenti, segnando la fine del regime lineare. Poi la materia fluisce lungo i filamenti in aloni di materia oscura. Tali aloni si fondono per formare aloni sempre più grandi (clustering gerarchico). I risultati generali di queste simulazioni, che considerano solo gli effetti della gravità, confermano e approfondiscono i risultati ottenuti con analisi analitiche, fornendoci una descrizione generale di come si formano le strutture cosmiche: le galassie e gli ammassi di galassie.

Una comprensione completa dei processi che portano alla formazione delle strutture cosmiche, in particolare alle galassie, è un compito molto più impegnativo poiché richiede di trattare la fisica che coinvolge la materia luminosa (barionica). La formazione delle galassie, che si verifica in aloni di DM, ha luogo tramite una complessa rete di processi contemporanei alla fusione degli aloni di materia oscura: il raffreddamento del gas, il suo successivo collasso e la formazione stellare nello stesso, l’ immissione di energia nel gas da parte di esplosioni di SNae e di venti stellari (feedback), l’arricchimento chimico di gas e stelle, l'evoluzione in luminosità delle popolazioni stellari formate, l'assorbimento della luce stellare da parte della polvere e la riemissione nell’ IR e sub-mm, la formazione di buchi neri, la conseguente l'attività come AGN ed il suo effetto sul mezzo interstellare, e, per finire, la fusione di galassie.

Per seguire tutti questi processi in un contesto completamente cosmologico  si deve tener conto di un'enorme gamma di scale dinamiche: da molto meno di 1pc a ben piu’ 10Mpc. Inoltre, molti dei processi di cui sopra sono ancora poco conosciuti. Così, simulazioni cosmologiche davvero complete  sono ancora difficili da effettuare.Tuttavia siamo stati ingrado, per la prima volta, di studiare in un comtesto cosmologico, lo sviluppo di una barra in un disco di stelle e gas.

Stiamo ancora lavorando con due approcci complementari: (i) simulazioni dettagliate, che includono il gas, cioè gli effetti idro-dinamici (SPH), con prescrizioni fenomenologiche dei processi che avvengono su scala minore, come la formazione stellare  ed il feedback relativo,   e  (ii) modelli semi-analitici (SAM), che usano l'approccio analitico per descrivere ogni processo coinvolga i barioni  e che include il feedback sia da parte delle stelle che dall’ attività dell’AGN formato.


Entrambi questi approcci, che  includono una implementazione chemo-fotometrica, rappresentano degli strumenti potenti per aiutare a capire e a  risolvere, alcuni punti cruciali dell'evoluzione delle galassie.

News – MEDIA INAF

Il notiziario online dell'Istituto Nazionale di Astrofisica
  • La mappa del campo magnetico realizzata da un team di astronomi nei dintorni del buco nero nel sistema binario V404 Cygni presenta valori dell’intensità del campo magnetico fino a quattrocento volte inferiore a quelli attesi. Piergiorgio Casella (Inaf): «È un risultato senza precedenti, che apre la strada ad una comprensione maggiore di ciò che avviene attorno a questi oggetti misteriosi»

  • Due articoli firmati dall’astronomo svizzero André Maeder, entrambi pubblicati su ApJ, presentano un modello cosmologico che ambisce a spiegare ciò che osserviamo senza dover ricorrere a energia e materia oscure. È plausibile? Lo abbiamo chiesto a un cosmologo dell’Inaf, Carlo Burigana

  • Usando le antenne di Alma, un gruppo di ricercatori ha scoperto due galassie che si sarebbero formate quando l'universo aveva appena il 5 per cento dell'età attuale. Secondo i dati raccolti, i due oggetti lontanissimi erano avvolti da un’immensa struttura: un alone di materia oscura

  • Lo spettrografo di terza generazione installato al Very Large Telescope dell'Eso ha condotto con successo le sue prime osservazioni. Filippo Zerbi (Inaf): «Espresso è uno strumento fuori dal comune e fuori dal comune è stata la sfida decennale per concepirlo, realizzarlo e infine portarlo pienamente funzionale al telescopio»

  • Ipotizzate nel 2014, le “strongly interacting massive particles” sono entrate a far parte della lista di particelle candidate a spiegare la dark matter. Ne ha parlato in questi giorni a Cape Town, al 29esimo Texas Symposium on Relativistic Astrophysics, uno degli scienziati che le hanno proposte, Hitoshi Murayama

  • Lo scienziato australiano Tobias Westmeier ha prodotto la mappa più dettagliata mai ottenuta delle nubi di idrogeno neutro ad alta velocità. Il risultato, pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, migliora in sensibilità e risoluzione le mappe precedenti, e potrebbe fornire nuovi indizi sull'origine di queste nubi e sulle condizioni fisiche al loro interno

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