MADRID, 22 Oct. (EUROPA PRESS) -
Dentro de la cosmología moderna, el Big Bang marca el comienzo del universo y la creación de la materia, el espacio y el tiempo hace unos 13.800 millones de años.
Desde entonces, las estructuras visibles del cosmos se han desarrollado: miles de millones de galaxias que unen gas, polvo, estrellas y planetas con gravedad y albergan agujeros negros supermasivos en sus centros. Pero, ¿cómo pudieron formarse estas estructuras visibles a partir de las condiciones iniciales del universo?
Para responder a esta pregunta, los astrofísicos teóricos realizan simulaciones cosmológicas. Transforman sus conocimientos acerca de los procesos físicos que forman nuestro universo en modelos matemáticos y simulan la evolución de nuestro universo durante miles de millones de años en equipos de alto rendimiento.
Un grupo de astrofísicos teóricos de la Universidad Técnica de Munich liderado por Klaus Dolag --como parte del proyecto Magneticum Pathfinder-- ha realizado una nueva simulación hidrodinámica única de la distribución a gran escala de la materia visible del universo. Se tienen en cuenta los resultados más recientes en relación con los tres ingredientes cósmicos más importantes del universo: la energía oscura, la materia oscura y la materia visible.
Los científicos incorporaron una variedad de procesos físicos en los cálculos, incluyendo tres que se consideran de especial importancia para el desarrollo del universo visible: en primer lugar, la condensación de la materia en estrellas, en segundo lugar, su evolución posterior cuando la materia circundante se calienta por vientos estelares y explosiones de supernovas y es enriquecida con elementos químicos, y en tercer lugar, la influencia de los agujeros negros supermasivos que expulsan grandes cantidades de energía en el universo.
La simulación más completa cubre el área espacial de un cubo con un tamaño de 12.500 millones de años luz. Gran parte del universo nunca fue parte de una simulación antes. Se divide en un número nunca antes alcanzado de 180.000 millones de elementos de resolución, cada uno representando por las propiedades detalladas del universo y que contiene alrededor de 500 bytes de información.
Por primera vez, estas numerosas características hacen posible la comparación de una simulación cosmológica en detalle con estudios astronómicos de gran escala. "Encuestas astronómicos desde telescopios espaciales como Planck o Hubble observan un gran segmento del universo visible, mientras las simulaciones sofisticadas hasta ahora sólo podían modelar partes muy pequeñas del universo, haciendo una comparación directa prácticamente imposible", dice Klaus Dolag. "Por lo tanto, Magneticum Pathfinder marca el comienzo de una nueva era en la cosmología basada en el ordenador".
Este logro es precedido por diez años de investigación y desarrollo, a cargo de expertos del Centro de Supercomputación de Leibniz (LRZ) de la Academia Bávara de Ciencias, uno de los más poderosos centros de computación científica en Europa. "Uno de los mayores desafíos para un problema tan complejo es encontrar el equilibrio adecuado entre la optimización del código de simulación y el desarrollo de la modelización astrofísica", explica Klaus Dolag.
"Mientras que el código necesita permanentemente ajustarse a las nuevas tecnologías y el nuevo hardware, los modelos subyacentes deben mejorarse mediante la inclusión de descripciones mejores de los procesos físicos que forman nuestro universo visible."
En general, la simulación Magneticum Pathfinder utiliza los 86.016 núcleos de computación y la memoria principal utilizable completa - 155 de un total de 194 terabytes - de la fase de expansión "Fase 2" del superordenador SuperMUC, que se puso en marcha recientemente. Toda la simulación requiere de 25 millones de horas de CPU y genera 320 terabytes de datos científicos.
