Una nueva simulación por supercomputadora ha permitido recrear toda la evolución del cosmos, desde el Big Bang hasta el presente, de la forma más precisa hasta la fecha.
La simulación, denominada SIBELIUS-DARK, forma parte del proyecto «Simulaciones más allá del universo local» (SIBELIUS), y es la simulación de «realización restringida» más grande y completa hasta la fecha. El equipo comparó meticulosamente el Universo virtual con una serie de estudios de observación para encontrar las ubicaciones y propiedades correctas para las analogías virtuales de las estructuras familiares. Los resultados se publican en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Se descubrió que nuestro rincón local del Universo puede ser algo inusual ya que la simulación predijo un menor número de galaxias en promedio debido a una «densidad insuficiente» local a gran escala de la materia. Si bien el nivel de esta subdensidad no se considera un desafío para el modelo estándar de cosmología, podría tener consecuencias en la forma en que interpretamos la información de las encuestas de galaxias observadas.
La simulación cubre un volumen de hasta una distancia de 600 millones de años luz de la Tierra y está representada por más de 130 mil millones de «partículas» simuladas, lo que requiere muchos miles de computadoras trabajando en conjunto durante varias semanas y produciendo grandes cantidades de datos. La simulación se realizó en DiRAC COSmology MAchine (COSMA) operada por el Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham.
Estas ‘simulaciones cosmológicas’ desarrolladas por el equipo utilizaron ecuaciones físicas relevantes para describir cómo evolucionan la materia oscura y el gas cósmico a lo largo de la vida del Universo. La materia oscura es una forma hipotética de materia que se cree que representa una gran cantidad de toda la materia del Universo.
Primero, la materia oscura se fusiona en pequeños grupos, llamados halos, y el gas circundante es atraído gravitacionalmente hacia estos grupos, fragmentándose eventualmente en estrellas para formar galaxias. Con el tiempo, los halos crecen lo suficientemente grandes como para albergar galaxias como nuestra propia Vía Láctea.
Durante los últimos 20 años, los cosmólogos han desarrollado un ‘modelo estándar’ de cosmología, el modelo de ‘Materia Oscura Fría’, que puede explicar una plétora de datos astronómicos observados, desde las propiedades del calor sobrante del Big Bang, hasta la número y distribución espacial de las galaxias que observamos a nuestro alrededor hoy.
Al simular un universo virtual de materia oscura fría, la mayoría de los cosmólogos siguen un parche «típico» o aleatorio, uno que es similar a nuestro propio Universo observado, pero solo en un sentido estadístico.
Las simulaciones realizadas en este estudio son diferentes. Mediante el uso de algoritmos generativos avanzados (modelos de cómo se generaron los datos para categorizar una señal), las simulaciones están condicionadas para reproducir nuestra parte específica del Universo, conteniendo así las estructuras actuales en la vecindad de nuestra propia galaxia que los astrónomos han observado durante décadas.
Esto significa que las estructuras familiares dentro de nuestro Universo Local, como los cúmulos de galaxias de Virgo, Coma y Perseo, la «Gran Muralla» y el «Vacío Local», nuestro hábitat cósmico, se reproducen en la simulación. En el centro de la simulación se encuentra quizás la estructura más importante, un par de galaxias, las contrapartes virtuales de nuestra propia Vía Láctea y nuestra vecina masiva cercana, la galaxia de Andrómeda.
El profesor Carlos Frenk, profesor de Física Fundamental en el Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, dijo: «Es inmensamente emocionante ver las estructuras familiares que sabemos que existen a nuestro alrededor emergen de un cálculo por computadora».
«Las simulaciones simplemente revelan las consecuencias de las leyes de la física que actúan sobre la materia oscura y el gas cósmico a lo largo de los 13.700 millones de años que ha existido nuestro universo.
«El hecho de que hayamos podido reproducir estas estructuras familiares brinda un soporte impresionante para el modelo estándar de materia oscura fría y nos dice que estamos en el camino correcto para comprender la evolución de todo el Universo».
El equipo de investigación internacional analizará más a fondo la simulación creada con la esperanza de proporcionar más pruebas estrictas del modelo estándar de cosmología.
