Actualizado 07/03/2016 17:51 CET

Primera simulación del Universo en expansión con ondas gravitacionales

El modelo muestra las ondas gravitacionales durante la formación de estructuras
RUTH DURRER, UNIGE

   MADRID, 7 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Físicos de la Universidad de Ginebra han desarrollado un nuevo código de simulaciones numéricas que ofrece una visión del complejo proceso de la formación de estructuras en el Universo.

   Sobre la base de las ecuaciones de Einstein, fueron capaces de integrar la rotación del espacio-tiempo en sus cálculos y estimar la amplitud de las ondas gravitacionales, cuya existencia fue confirmada por primera vez el 12 de febrero de 2016. El estudio se publica en la revista Nature Physics .

   Hasta ahora, los científicos estudiaron la formación de estructuras cosmológicas a gran escala basados en simulaciones numéricas de la gravitación de Newton. Estos códigos postulan que el espacio en sí no cambia, se dice que es estático, mientras que pasa el tiempo.

   Las simulaciones que esto permite son muy precisas si la materia en el Universo se mueve lentamente (es decir, a unos 300 kilómetros por segundo). Sin embargo, cuando las partículas de materia se mueven a gran velocidad, este código sólo permite cálculos aproximados. Por otra parte, no describe las fluctuaciones de la energía oscura, que constituyen el 70% de la energía total del Universo (el 30% restante está hecho de materia oscura y materia ordinaria), que es responsable de la expansión acelerada del Universo.

   Por lo tanto, era necesario encontrar una nueva manera de simular la formación de estructuras cosmológicas y permitir el estudio de estos dos fenómenos.

   Ahora, el equipo de Ruth Durrer, del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Ginebra, ha creado un código, llamado gevolution, basado en la teoría de la relatividad general de Einstein. De hecho, la relatividad general considera que el espacio-tiempo es dinámico, es decir, que el espacio y el tiempo están cambiando constantemente, a diferencia del espacio estático de la teoría newtoniana. El objetivo era predecir la amplitud y el impacto de las ondas gravitacionales y el arrastre de marco (la rotación del espacio-tiempo) inducida por la formación de estructuras cosmológicas.

   Para ello, estos físicos analizaron una porción cúbica en el espacio, que consta de 60.000 millones de zonas y en cada una, una partícula (es decir, una parte de una galaxia), con el fin de estudiar la forma en que se mueven con respecto a su vecinos. Gracias a la biblioteca LATfield2 (desarrollado por David Daverio), que resuelve ecuaciones diferenciales parciales no lineales, y el superordenador del Centro de Supercomputación de Suiza en Lugano, los investigadores fueron capaces de estudiar el movimiento de las partículas y calcular la métrica (la medida de las distancias y el tiempo entre dos galaxias en el Universo) usando las ecuaciones de Einstein.

   Los espectros resultantes de estos cálculos permiten cuantificar la diferencia entre los resultados obtenidos por gevolution y las procedentes de códigos newtonianos. Esto permite medir el efecto de arrastre de marco y de las ondas gravitacionales introducidas por la formación de la estructura del Universo.

   De hecho, el arrastre de marco y de las ondas gravitacionales nunca han sido incluidas en las simulaciones hasta la creación del código gevolution. Esto abre el camino para la comparación de los resultados de la simulación de la evolución del Universo con las observaciones. Con su nuevo código, los físicos de Ginebra podrán poner a prueba la teoría de la relatividad general en una escala mucho mayor que la actual.

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