Astrónomos logran una simulación cosmológica sin precedentes

 

La imagen de fondo muestra la distribución actual de la materia en un corte de la simulación FLAMINGO más grande, que tiene un volumen cúbico de 2,8 Gpc (9,1 mil millones de años luz) por lado. - JOSH BORROW, THE FLAMINGO TEAM/ VIRGO CONSORTIUM

   MADRID, 24 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Un equipo de astrónomos ha realizado la que se cree que es la mayor simulación cosmológica realizada, rastreando materia oscura y ordinaria para dar idea de cómo pudo evolucionar el universo.

   Las simulaciones de FLAMINGO calculan la evolución de todos los componentes del universo (materia ordinaria, materia oscura y energía oscura) de acuerdo con las leyes de la física. A medida que avanza la simulación, emergen galaxias virtuales y cúmulos de galaxias. Se han publicado tres artículos en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: uno que describe los métodos, otro que presenta las simulaciones y el tercero que examina qué tan bien las simulaciones reproducen la estructura a gran escala del universo.

   Telescopios espaciales como el Euclid lanzado recientemente por la ESA o el James Webb de la NASA/ESA/CSA recopilan cantidades impresionantes de datos sobre galaxias, cuásares y estrellas. Simulaciones como FLAMINGO desempeñan un papel clave en la interpretación científica de los datos al conectar las predicciones de las teorías de nuestro universo con los datos observados.

   Según la teoría, las propiedades de todo nuestro universo están determinadas por unos pocos números llamados "parámetros cosmológicos" (seis de ellos en la versión más simple de la teoría). Los valores de estos parámetros se pueden medir con mucha precisión de varias maneras.

   Uno de estos métodos se basa en las propiedades del fondo cósmico de microondas (CMB), un tenue resplandor de fondo que quedó del universo primitivo. Sin embargo, estos valores no coinciden con los medidos por otras técnicas que se basan en la forma en que la fuerza gravitacional de las galaxias desvía la luz (lente). Estas "tensiones" podrían señalar la desaparición del modelo estándar de cosmología: el modelo de materia oscura fría.

   Las simulaciones por computadora pueden revelar la causa de estas tensiones porque pueden informar a los científicos sobre posibles sesgos (errores sistemáticos) en las mediciones. Si nada de esto resulta suficiente para explicar las tensiones, la teoría se encontrará en verdaderos problemas.

   Hasta ahora, las simulaciones por ordenador utilizadas para comparar las observaciones sólo rastrean la materia oscura fría. "Aunque la materia oscura domina la gravedad, no se puede seguir ignorando la contribución de la materia ordinaria", afirma en un comunicado el líder de la investigación Joop Schaye (Universidad de Leiden), "ya que dicha contribución podría ser similar a las desviaciones entre los modelos y las observaciones".

   Los primeros resultados muestran que tanto los neutrinos como la materia ordinaria son esenciales para realizar predicciones precisas, pero no eliminan las tensiones entre las diferentes observaciones cosmológicas.

   Las simulaciones que también rastrean la materia bariónica ordinaria (también conocida como materia bariónica) son mucho más desafiantes y requieren mucha más potencia informática. Esto se debe a que la materia ordinaria (que constituye sólo el dieciséis por ciento de toda la materia del universo) no sólo siente la gravedad sino también la presión del gas, lo que puede hacer que la materia sea expulsada de las galaxias por los agujeros negros activos y las supernovas hacia el espacio intergaláctico.

   La fuerza de estos vientos intergalácticos depende de explosiones en el medio interestelar y es muy difícil de predecir. Además, también es importante la contribución de los neutrinos, partículas subatómicas de masa muy pequeña pero no conocida con precisión, pero cuyo movimiento no ha sido simulado hasta ahora.

   Los astrónomos han completado una serie de simulaciones por ordenador que siguen la formación de estructuras en la materia oscura, la materia ordinaria y los neutrinos. Doctor. El estudiante Roi Kugel (Universidad de Leiden) explica: "El efecto de los vientos galácticos se calibró mediante aprendizaje automático, comparando las predicciones de muchas simulaciones diferentes de volúmenes relativamente pequeños con las masas observadas de galaxias y la distribución del gas en cúmulos de galaxias. "

   Los investigadores simularon el modelo que mejor describe las observaciones de calibración con una supercomputadora en diferentes volúmenes cósmicos y a diferentes resoluciones. Además, variaron los parámetros del modelo, incluida la fuerza de los vientos galácticos, la masa de los neutrinos y los parámetros cosmológicos en simulaciones de volúmenes ligeramente más pequeños pero aún grandes.

   La simulación más grande utiliza 300 mil millones de elementos de resolución (partículas con la masa de una galaxia pequeña) en un volumen cúbico con aristas de diez mil millones de años luz. Se cree que esta es la simulación cosmológica por computadora más grande jamás realizada con materia ordinaria. Matthieu Schaller, de la Universidad de Leiden, dijo: "Para hacer posible esta simulación, desarrollamos un nuevo código, SWIFT, que distribuye eficientemente el trabajo computacional entre 30 mil CPU".

   Las simulaciones de FLAMINGO abren una nueva ventana virtual al universo que ayudará a aprovechar al máximo las observaciones cosmológicas. Además, la gran cantidad de datos (virtuales) crea oportunidades para realizar nuevos descubrimientos teóricos y probar nuevas técnicas de análisis de datos, incluido el aprendizaje automático.

   Utilizando el aprendizaje automático, los astrónomos pueden hacer predicciones para universos virtuales aleatorios. Al compararlos con observaciones de estructuras a gran escala, pueden medir los valores de los parámetros cosmológicos. Además, pueden medir las incertidumbres correspondientes comparándolas con observaciones que limitan el efecto de los vientos galácticos.