Sociedad

Una simulación amplía el conocimiento existente de las primeras etapas del universo

Madrid, Europa Press
20/mar/18 15:28 PM
eldia.es

Cosmólogos han creado una simulación récord de formación de galaxias, que ayudará a verificar y ampliar el conocimiento experimental existente sobre las primeras etapas del universo.

Al comprender las estrellas y sus orígenes, aprendemos más acerca de dónde venimos. Sin embargo, la inmensidad de la galaxia --por no hablar de todo el universo-- significa que los experimentos para comprender sus orígenes son costosos, difíciles y lentos. De hecho, los experimentos son imposibles de estudiar ciertos aspectos de la astrofísica, lo que significa que para obtener una mayor comprensión de cómo se formaron las galaxias, los investigadores confían en la supercomputación.

En un intento por desarrollar una imagen más completa de la formación de galaxias, investigadores del Instituto de Heidelberg para Estudios Teóricos, los Institutos Max-Planck para Astrofísica y Astronomía, el Instituto de Tecnología de Massachusetts, la Universidad de Harvard y el Centro de Astrofísica Computacional en Nueva York recurrió a los recursos de supercomputación en el High-Performance Computing Centre Stuttgart (HLRS), una de las tres instalaciones alemanas de supercomputación de primer nivel que componen el Centro de Supercomputación (GCS) de Gauss.

Recientemente, el equipo amplió su simulación 'Illustris', que batió récords en 2015: la simulación hidrológica más grande jamás realizada de formación de galaxias. Las simulaciones hidrodinámicas permiten a los investigadores simular con precisión el movimiento del gas. Las estrellas se forman a partir del gas cósmico, y la luz estelar proporciona a los astrofísicos y cosmólogos información importante para comprender cómo funciona el universo.

Los investigadores mejoraron el alcance y la precisión de su simulación, nombrando esta fase del proyecto Illustris: The Next Generation (IllustrisTNG). El equipo publicó su primera ronda de hallazgos en tres artículos de revistas que aparecen en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y están preparando varios más para su publicación.

Así como la humanidad no puede imaginar exactamente cómo se originó el universo, una simulación por computadora no puede recrear el nacimiento del universo en un sentido literal. En cambio, los investigadores alimentan ecuaciones y otras condiciones de partida --observaciones de matrices de satélites y otras fuentes-- en un gigantesco cubo computacional que representa una gran franja del universo y luego usan métodos numéricos para poner en movimiento este "universo en una caja".

Para muchos aspectos de la simulación, los investigadores pueden comenzar sus cálculos a un nivel fundamental o 'ab initio', sin necesidad de datos de entrada preconcebidos, pero los procesos que se entienden menos --como la formación de estrellas y el crecimiento de agujeros negros supermasivos-- necesitan informarse mediante observación y haciendo suposiciones que puedan simplificar la avalancha de cálculos.

A medida que el poder de cómputo y el conocimiento técnico han aumentado, también tiene la capacidad de simular áreas de espacio más grandes y fenómenos cada vez más intrincados y complejos relacionados con la formación de galaxias. Con IllustrisTNG, el equipo simuló tres "cortes" universales a diferentes resoluciones. El más grande tenía 300 megaparsecs de ancho, o aproximadamente mil millones de años luz.

En uno de los principales avances de IllustrisTNG, los investigadores volvieron a trabajar la simulación para incluir una contabilidad más precisa de los campos magnéticos, mejorando la precisión de la simulación.

"Los campos magnéticos son interesantes por una variedad de razones", dijo Volker Springel, profesor e investigador del Instituto de Heidelberg para Estudios Teóricos e investigador principal del proyecto. "La presión magnética ejercida sobre el gas cósmico puede ocasionalmente ser igual a la presión térmica (temperatura), lo que significa que si descuidas esto, perderás estos efectos y finalmente comprometerás tus resultados".

Mientras desarrollaba IllustrisTNG, el equipo también hizo un avance sorprendente en la comprensión de la física del agujero negro. Con base en el conocimiento observacional, los investigadores sabían que los agujeros negros supermasivos impulsan los gases cósmicos con mucha energía y al mismo tiempo "expulsan" este gas de los cúmulos de galaxias. Esto ayuda a "cerrar" la formación de estrellas en las galaxias más grandes y, por lo tanto, impone un límite en el tamaño máximo que pueden alcanzar.

En la simulación anterior de Illustris, los investigadores notaron que, si bien los agujeros negros pasan por este proceso de transferencia de energía, no cerrarían por completo la formación de estrellas. Al revisar la física de los agujeros negros en la simulación, el equipo vio una mejor concordancia entre los datos y la observación, dando a los investigadores mayor confianza de que su simulación corresponde a la realidad.