La simulación cosmológica computacional Bolshoi, la más exacta, detallada y extensa de las realizadas hasta ahora, será para físicos y astrónomos una potente herramienta de análisis de misterios del universo que aún no han sido resueltos, como la formación de las galaxias, la materia oscura o la energía oscura. Con esta simulación se ha trazado ya la evolución de la estructura a gran escala del universo, incluyendo el desarrollo y la distribución de los halos de materia oscura en los que las galaxias se unieron y crecieron. Gracias a ella, además, han sido posibles visualizaciones espectaculares de cómo fue el universo en 180 momentos distintos después del Big Bang y hasta el presente.
Estudios iniciales realizados con dicha simulación, han demostrado un alto grado de coincidencia entre sus predicciones y las observaciones astronómicas, lo que convierte a Bolshoi en una potencial fuente de datos, y tal vez de respuestas a dichos misterios.
La simulación Bolshoi ha trazado ya la evolución de la estructura a gran escala del universo, incluyendo el desarrollo y la distribución de los halos de materia oscura en los que las galaxias se unieron y crecieron. Gracias a ella, han sido posibles visualizaciones espectaculares de cómo fue el universo en 180 momentos distintos después del Big Bang y hasta el presente, según publica la Universidad de California.
Filamentos de materia oscura a lo largo de los cuales se ha predicho que se formaron las galaxias. Fuente: Universidad de California.
Uno de los desarrolladores de la simulación, el profesor de física de la Universidad de California en Santa Cruz, Joel Primark, ha afirmado en un comunicado de dicha Universidad que “en un sentido, podría pensarse que los resultados iniciales de esta simulación son un poco aburridos, porque básicamente muestran que nuestro modelo cosmológico estándar funciona. Pero lo que resulta emocionante es que ahora tenemos una herramienta de gran precisión, que proporcionará la base para muchos de los estudios importantes que se harán en los meses y años venideros”.
“Estas simulaciones cosmológicas gigantescas son esenciales para la interpretación de los resultados de observaciones astronómicas en proceso, y para la planificación de nuevos análisis del universo, que se espera ayuden a determinar la naturaleza de la misteriosa energía oscura”, explica Klypin, profesor de astronomía de la New Mexico State University.
Base teórica de la simulación
La explicación estándar sobre cómo evolucionó el universo después del Big Bang es conocida como Modelo Lambda-CDM (CDM es por Cold Dark Matter o materia oscura fría), y ha sido la base teórica de la simulación Bolshoi.
Según este modelo, la gravedad actuó inicialmente en fluctuaciones de densidad leve presentes poco después del Big Bang para reunir las primeras masas de materia oscura. Éstas crecieron dando lugar a masas cada vez mayores. Aunque la naturaleza de la materia oscura aún es un misterio, se cree que compone el 82% de la materia del universo.
Por tanto, la evolución de la estructura del universo habría sido impulsada por las interacciones gravitacionales de materia oscura. La materia ordinaria que forma estrellas y planetas habría caído en los “pozos gravitacionales” generados por estas masas de materia oscura, lo que dio lugar a las galaxias en los centros de los halos de dicha materia.
Uno de los principales propósitos de la simulación Bolshoi es calcular y modelar la evolución de estos halos.
Las características de halos y subhalos de materia oscura reflejadas por la simulación Bolshoi han sido presentadas en un artículo ya aceptado para su publicación en el medio especializado Astrophysical Journal. Los autores de este informe han sido Klypin, Sebastián Trujillo Gómez, estudiante graduado de la NMSU, y Primack.
En otro artículo, se analiza la luminosidad de las galaxias, su masa y su velocidad de distribución a partir de los datos disponibles y de los resultados sobre materia oscura obtenidos por la simulación Bolshoi.
Los autores en este caso fueron Klypin, Trujillo-Gomez, Primack, y el investigador de la UCSC, Romanowsky. Las comparaciones entre las predicciones Bolshoi y las observaciones galácticas del proyecto de inspección del espacio Sloan Digital Sky Survey, han demostrado tener un alto grado de coincidencia, señala Primack.
La simulación Bolshoi se centró en una sección representativa del universo, cuyo análisis fue completado por los cálculos realizados por el superordenador Pleiades, que ha sido catalogado como el séptimo superordenador más rápido del mundo.
Una variante de la simulación Bolshoi, conocida como BigBolshoi o MultiDark, ha sido puesta en funcionamiento en el mismo superordenador. BigBolhoi ha permitido predecir las propiedades y la distribución de las agrupaciones galácticas y otras estructuras gigantes del universo, ya ha servido de apoyo a proyectos de investigación de la energía oscura, como el proyecto Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS).
Otra variante de la simulación Bolshoi, denominada MiniBolshoi, está en marcha actualmente, también en el superordenador Pleiades. Centrada en una pequeña porción del universo proporcionará una resolución incluso mayor que Bolshoi.
La simulación Bolshoi y sus dos variantes estarán públicamente disponibles para los astrofísicos de todo el mundo a través de la Base de datos MultiDark, que está albergada por el Instituto de Astrofísica Postdam de Alemania, y es sostenida por ayudas de España y Alemania.
Fuentes: Blog ciencia y dociencia
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