La scoperta degli esopianeti del sistema Trappist-1 è stata una sorpresa per tutti. O quasi. Gli algoritmi che generano il modello della nostra galassia nel videogioco Elite: Dangerous avevano predetto esattamente cosa avremmo trovato. Dopo un aggiornamento lanciato pochi giorni fa, il sistema è stato ufficialmente rinominato Trappist-1, e ora migliaia di persone possono visitare quei lontani pianeti, con soli pochi minuti di viaggio virtuale.
Elite: Dangerous è la più recente versione di un simulatore spaziale creato con il nome Elite nel 1984 da due giovani programmatori britannici, David Braben e Ian Bell, e oggi sviluppato dalla software house Frontier Developments, fondata da Braben. Il gioco è stato creato con l’ambizioso intento di offrire l’intera Via Lattea, permettendo dunque di visitare centinaia di miliardi di stelle, e relativi pianeti.
Dopo l’annuncio della spettacolare scoperta del sistema Trappist-1, gli sviluppatori di Frontier sono andati a esplorare la mappa della galassia di Elite: Dangerous per vedere cosa ci fosse nel luogo occupato, nella realtà, da quel sistema. E hanno visto che, a circa 39 anni luce dalla Terra, gli algoritmi che generano la mappa stellare avevano previsto proprio un sistema di sette pianeti in orbita attorno ad una stella molto simile a Trappist-1. Come è stato possibile?
Ne abbiamo parlato con David Braben, il pluripremiato game designer direttore dello sviluppo di Elite: Dangerous e del sistema di algoritmi responsabile per la generazione e posizionamento delle stelle nella Via Lattea virtuale, lo Stellar Forge, il motore che guida la creazione della galassia in cui si svolge la storia di Elite: Dangerous.
Dott. Braden, come vi siete accorti che Trappist-1 aveva un esatto corrispondente nel gioco?
“Ho letto la notizia della scoperta di Trappist-1 e, naturalmente, sono andato a vedere cosa c’è nel gioco in quel luogo. Avevamo già incluso manualmente circa 160.000 sistemi tratti da cataloghi stellari, ma il sistema Trappist-1 non era tra questi, dato che è una stella molto debole, visibile solo con i telescopi più potenti. È categorizzata come M8—una stella rossa molto fredda, alla fine della sequenza principale: poco più di una nana bruna e appena calda a sufficienza per sostenere la fusione di idrogeno in elio. Il telescopio spaziale Hubble può vedere le stelle più deboli di classe M fino ad un massimo di circa 45 anni luce. Le stelle più lontane che riusciamo vedere sono quelle di classe più alta e di maggiore luminosità, ma sappiamo che ci sono moltissime stelle di classe M oltre a quella distanza. In alcuni luoghi riusciamo a vederle come piccole chiazze di luce fumosa; sappiamo che sono lì grazie alla luce che proviene dall’area circostante, ma non è possibile distinguere le singole stelle. Con Stellar Forge abbiamo creato un sistema che ci permette di usare dati reali laddove siano disponibili, e di riempire gli spazi vuoti basandoci sulla quantità di massa che dovrebbe essere presente in un determinato volume di spazio. E nel luogo dove è stato trovato Trappist-1, Stellar Forge aveva creato una nana bruna con sette pianeti rocciosi, per bilanciare la massa mancante altrove in quell’area. Due di questi pianeti hanno delle lune: cosa che potrebbe essere vera anche nella realtà, e che forse emergerà in futuro grazie a dati più precisi. Onestamente, è stato un colpo di fortuna che la nostra stella avesse con sé esattamente sette pianeti, ma una fortuna che è stata ‘guidata’ dal fatto che i dati iniziali erano corretti. Ora abbiamo modificato la simulazione per farla coincidere in maniera ancora più precisa con il vero sistema Trappist-1, che ha leggermente più massa di quella prevista”.
Questa non è la prima volta che Elite predice questo genere di scoperte: nella storia del gioco il primo esopianeta colonizzato dal genere umano (chiamato Eden) è nel sistema Proxima Centauri e un pianeta abitabile è infatti è stato scoperto l’estate scorsa da queste parti…
“Si è vero. Eden risale al 1993: era presente in uno dei precedenti Elite, e nella storia è introdotto come il primo pianeta dove fu scoperta acqua allo stato liquido, sebbene nella nostra narrazione si rivelò poi essere un pianeta acquatico inospitale, per via dell’alto livello di radiazioni provenienti da Proxima, una stella di classe M (M6 per la precisione), ma molto più grande e luminosa di Trappist-1″.
In cosa consiste lo Stellar Forge e come riesce a creare i sistemi stellari che i giocatori di Elite possono visitare?
“Elite: Dangerous include un modello della nostra intera galassia, creato dallo Stellar Forge con il più alto livello di accuratezza possibile. Per ottenere questo risultato, ossia per modellare tutti i circa 400 miliardi di sistemi stellare, abbiamo dovuto impiegare algoritmi sofisticati che riempiono le aree che vediamo solo come grandi ‘nuvole’ di stelle. Lo Stellar Forge usa un profilo con il corretto mix di stelle per la regione della galassia che sta simulando, in modo di avvicinarsi il più possibile alla realtà. Questo rende inizialmente possibile la generazione di tantissime grandi stelle (come quelle di classe O che riusciamo a vedere anche a enormi distanze). Successivamente, lo Stellar Forge redistribuisce la massa che manca generando stelle più piccole e posizionandole casualmente, ma sempre basandosi sulla reale distribuzione di stelle nella nostra galassia. Dopo aver generato un sistema stellare (che può includere più di una stella), Stellar Forge considera il livello di metallicità che dovrebbe avere (che dipende da quali e quanti elementi complessi erano presenti nella nube di gas e polveri da cui si formano le stelle), e l’età della stella (in miliardi di anni). Quindi evolve la massa nel disco protoplanetario fin dai primi ‘planetesimi’ e procede simulandone i processi secondo i quali questi si aggregano o collidono gli uni con gli altri a varie velocità. È in grado dunque di produrre sistemi stabili, tenendo conto delle differenti sostanze presenti e modellando gli effetti dei gas, e riuscendo a simulare correttamente parametri come la temperatura e la composizione chimica. Questo processo produce fenomeni molto interessanti, che non possiamo osservare nel nostro sistema solare ma che molto probabilmente esistono veramente nella galassia—come ad esempio pianeti doppi—basandosi interamente sulle reali leggi della fisica. Persino il numero di stelle nella galassia è emerso spontaneamente da questa simulazione. In genere si dice che ci sono circa 300 miliardi di stelle nella nostra galassia. Stellar Forge ha prodotto un numero più alto—400 miliardi—per via del grande numero di stelle di classe M e nane brune che rimangono invisibili ai nostri telescopi, oltre al nostro vicinato stellare”.
Lo Stellar Forge produce autonomamente tutti questi oggetti astronomicamente “corretti” o c’è bisogno di qualche aggiustamento manuale?
“Oltre all’inclusione delle 160.000 stelle e nebulose conosciute nel nostro cielo, e il piccolo numero di sistemi che sono stati influenzati dalla “storia futura” del gioco (insediamenti di coloni, mondi terraformati), non c’è stato alcun lavoro manuale. Dopotutto, non sarebbe cosa facile con 400 miliardi di stelle! Già l’introdurre le 160.000 stelle conosciute è stato un gran lavoro. Uno degli episodi più eccitanti capitati lavorando con lo Stellar Forge è accaduto all’inizio, quando abbiamo visto la galassia per la prima volta, osservata dalla Terra. Ci siamo accorti che nella simulazione il cielo notturno era di gran lunga troppo luminoso. Benché avessimo incluso certe specifiche nubi di polveri (come ad esempio la Nebulosa Sacco di Carbone), c’era decisamente qualcosa che ancora non andava. Allora abbiamo continuato ad aggiungere polveri lungo il piano della galassia, fino a raggiungere un aspetto che coincidesse con quello che si può osservare realmente nel cielo notturno. Credo che questo approccio empirico suggerisca che ci sia realmente una quantità enorme, e ancora non ben misurata, di polveri nella nostra galassia”.
Quindi l’idea è di suggerire un’analogia diretta tra la generazione procedurale che avviene nel contesto del software, e l’applicazione delle leggi fisiche a condizioni iniziali nell’Universo reale?
“Stiamo sicuramente facendo del nostro meglio per simulare correttamente processi fisici reali, e spero che il risultato sia simile alla realtà. Fondamentalmente, lo considero un test importante per le nostre supposizioni in campo astronomico, e quindi abbiamo cercato di scegliere parametri che siano il più prossimi a quelli reali. Il fatto che nel caso di Trappist-1, come in altri, Stellar Forge sia arrivato così vicino alla realtà sembra suggerire che stia funzionando”.
Elite include un enorme quantità di dati e di fenomeni astrofisici molto accurati, che i giocatori devono capire, e tenere in considerazione, per poter procedere. Ritiene che giochi come Elite offrano l’opportunità di plasmare l’immaginazione di giovani giocatori e promuovere l’interesse verso la fisica e l’astronomia?
“Spero proprio di sì! Nel mio caso, ciò che mi attrasse verso la scienza e l’astronomia fu l’immersione nei mondi immaginari della fantascienza, e spero che simulatori come Elite: Dangerous possano avere lo stesso effetto sugli adolescenti di oggi”.
Articolo prodotto in collaborazione con il Master SGP della Sapienza Università di Roma