Investigadores de la Universidad de Zurich han simulado la formación de todo nuestro universo con una enorme computadora. Se ha generado un catálogo gigantesco de cerca de 25 mil millones de galaxias virtuales de unos 2 billones de partículas digitales. Este catálogo se ha estado usando para calibrar los experimentos que se llevan a cabo en el satélite Euclides, que será lanzado en el 2020, con el objetivo de investigar la naturaleza de la materia y energía oscura.
En un período de tres años un grupo de astrofísicos de la Universidad mencionada han desarrollado y optimizado código revolucionario para describir con una precisión sin precedentes la dinámica de la materia oscura y la formación de estructuras grandes en el universo.
Como han reportado en su artículo Joachim Stadel, Douglas Potter y Romain Teyssier, el código PKDGRAV3 ha sido diseñado para usar de manera óptima toda la memoria disponible y todo el poder de procesamiento de las supercomputadoras modernas tales como “Piz Daint”, una supercomputadora del Centro Nacional de Cómputo de Suiza (CSCS – Swiss National Computing Center).
El código fue ejecutado por unas 80 horas y generó un universo virtual de dos billones (2 mil millones o 2 x 10^12) macropartículas representando el fluido de la materia oscura, de un catálogo de unos 25 mil millones de galaxias virtuales.
Gracias a la gran precisión de sus cálculos, caracterizando el fluido de la materia oscura alrededor de su propia gravedad, los investigadores han simulado la formación de pequeñas concentraciones de materia, llamados “halos de materia oscura”, en los cuales se piensa se crearon como la Vía Láctea.
El reto de esta simulación fue modelar galaxias tan pequeñas como un décimo de la Vía Láctea, en un volumen que fuese tan grande como el universo observable en total. Este fue el conjunto de requerimientos que pusieron los científicos de la Misión Europea Euclides, cuyo objetivo más importante es explorar el lado oscuro del universo.
Se considera que el 95% del universo es oscuro. El cosmos consiste en un 23% de materia oscura y un 72.5% de energía oscura. “La naturaleza de la energía oscura se mantiene como uno de los problemas más importantes de la física moderna aún sin solución”, dice Teysseir, profesor de astrofísica computacional.
Este problema quizás podría resolverse a través de la observación indirecta: cuando el satélite Euclides vaya a capturar la luz de miles de millones de galaxias en grandes áreas del cielo, los astrónomos medirán las distorsiones más sutiles que ocurren cuando la luz se curva debido a las galaxias de fondo y por la distribución de la distribución de masa invisible, la llamada materia oscura.
Este nuevo catálogo virtual de galaxias ayudará a optimizar la estrategia observacional del experimento Euclides y minimizar varias fuentes de error, antes de que el satélite se embarque en una misión para recolectar datos por seis años, empezando en el 2020.
“Euclides hará una especie de mapa tomográfico de nuestro universo, haciendo un recuento en el tiempo de más de 10 mil millones de años de evolución en el cosmos”, dice Stadel. De los datos capturados por Euclides, los investigadores obtendrán nueva información sobre la misteriosa naturaleza de la energía oscura, pero también buscarán información que incluso podría modificar los cimientos del modelo estándar, o bien una versión modificada de la relatividad general o bien un nuevo tipo de partícula.
(*) (La fotografía que ilustra el artículo es la supuesta distribución de materia oscura, de acuerdo con la simulación de la Universidad de Zurich).
Referencias: Phys