Los astrónomos realizan la simulación cosmológica de mayores dimensiones hasta la fecha        

Por: Royal Astronomical Society.

23 de octubre de 2023.

La imagen de fondo muestra la distribución actual de la materia en un corte de la simulación FLAMINGO más grande. La luminosidad de la imagen de fondo indica la distribución actual de la materia oscura, mientras que el color codifica la distribución de los neutrinos. Crédito de la imagen: Josh Borrow, el equipo FLAMINGO y el Consorcio Virgo. Licencia CC-BY-4.0.

Un equipo internacional de astrónomos ha llevado a cabo lo que se cree que es la simulación cosmológica por computadora más grande jamás realizada, rastreando no solo la materia oscura sino también la ordinaria (como planetas, estrellas y galaxias), dándonos una idea de cómo pudo haber evolucionado nuestro 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.

Referente a esta investigación, 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. Instalaciones como el Telescopio Espacial Euclid lanzado recientemente por la Agencia Espacial Europea (ESA) y el JWST de la NASA 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 problemas en el 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 y ante una posible crisis. Hasta ahora, las simulaciones por ordenador utilizadas para comparar las observaciones sólo rastrean la materia oscura fría y 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, 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 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. 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.

Fuente: