Una de las supercomputadoras más grandes del mundo realizó la mayor simulación del Universo
Se utilizará una simulación cosmológica más amplia para ayudar a los investigadores a probar modelos sobre la evolución del Universo.
Comprender el origen y la evolución del Universo es una de las principales cuestiones de la Astronomía y la Cosmología. Para ello se proponen modelos cosmológicos con el fin de explicar las observaciones obtenidas por telescopios que describen la evolución del Universo. Los modelos cosmológicos se basan en la Relatividad General y la composición del Universo como la energía oscura, la materia oscura, la materia bariónica y las interacciones fundamentales.
Para probar los modelos cosmológicos y los valores de cada componente, es necesario utilizar simulaciones cosmológicas. Las simulaciones se basan en la resolución de ecuaciones de la Relatividad General junto con los componentes del Universo. La idea es probar parámetros y resolver ecuaciones para diferentes combinaciones y compararlos con datos de observación obtenidos de telescopios y observatorios.
Sin embargo, simular de manera realista requiere un esfuerzo computacional muy grande y se necesitan supercomputadoras para resolverlo. Recientemente, se anunció que se utilizó la supercomputadora Frontier para realizar la simulación cosmológica más grande jamás realizada. La simulación fue realizada por científicos del Laboratorio Nacional Argonne, que publicaron los resultados en un comunicado de prensa a finales de noviembre.
Modelos cosmológicos
Utilizando datos de observación y ecuaciones físicas, es posible construir modelos cosmológicos para explicar el origen y la evolución del Universo. Ya se han propuesto varios modelos para explicar los datos observacionales, el modelo más aceptado actualmente se llama Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM). Este modelo describe no sólo la expansión acelerada del Universo sino también el origen del Big Bang.
La materia oscura es un componente que no interactúa con la luz y su presencia se detecta indirectamente a través de efectos gravitacionales . La energía oscura está asociada con la aceleración de la expansión cósmica. Los dos componentes, junto con la materia bariónica, dan forma a la estructura del Universo y a cómo se produce la expansión y la evolución. Debido a los limitados datos de observación, encontrar respuestas es un desafío.
Frontera
Como sólo tenemos un Universo, sólo es posible comparar con datos obtenidos del mismo Universo. Para poder comprender la evolución y el impacto de los parámetros es necesario utilizar simulaciones por ordenador. Debido a la complejidad de estas simulaciones, se requieren computadoras de alto rendimiento. Uno de los más grandes es el superordenador Frontier, ubicado en el Laboratorio Nacional Oak Ridge, en Estados Unidos.
Frontier se centra precisamente en realizar simulaciones científicas que requieren un alto procesamiento. Principalmente las simulaciones cosmológicas detalladas con diferentes parámetros. Con la alta resolución que permite Frontier, las simulaciones cosmológicas permiten a los astrónomos estudiar en detalle las estructuras galácticas y la influencia de la materia y la energía oscura. Incluso objetos como los agujeros negros pueden estudiarse con simulaciones de Frontier.
Simulaciones
En el pasado, el equipo del Laboratorio Nacional de Argonne llevó a cabo tres simulaciones con diferentes modelos cosmológicos. Cada simulación recibió el nombre de planetas del universo Star Trek. La simulación de Qo'nos se realizó utilizando ΛCDM como base, la simulación de Vulcan incluyó la descripción de neutrinos más masivos y Ferenginar donde la energía oscura cambia con el tiempo. A pesar de las limitaciones de estas simulaciones, se encontraron algunos resultados como cambios en la agrupación de galaxias.
Algunas de las limitaciones incluyeron la falta de dinámica de gases, formación de estrellas y otras interacciones. Recientemente, los investigadores utilizaron Frontier para realizar simulaciones que incorporaron no solo la gravedad sino también la materia oscura, la energía oscura, la formación de estrellas, los agujeros negros y las galaxias. Es la mejor y más grande simulación del Universo jamás realizada.
¿Cómo impacta la energía oscura en la evolución del Universo?
Uno de los principales estudios con esta simulación es comprender cómo la cantidad de energía oscura y materia oscura impactan en la evolución del Universo. La materia oscura juega un papel importante a escalas galácticas y a la hora de agruparlas en la red cósmica. La energía oscura ya tiene un papel a escalas cosmológicas. Curiosamente, los dos tienen roles opuestos, uno atractivo y el otro distanciador.
La combinación de ambos influye en la formación de galaxias y cúmulos de galaxias, por lo que es importante comprender estos componentes. Además, otros componentes como la materia bariónica y objetos como los agujeros negros también son necesarios para describir el Universo de forma realista. Se pondrán a disposición simulaciones de frontera para que otros grupos de investigación puedan estudiar los datos.