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por Robert Massey

23 Octubre 2023

del Sitio Web RAS-UK

traducci�n de Europa Press
24 Octubre 2023

del Sitio Web EuropaPress

Versi�n original en ingles

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La imagen de fondo muestra

la distribuci�n actual de la materia

en un corte de la simulaci�n FLAMINGO m�s grande,

que tiene un volumen c�bico de 2,8 Gpc

�(9,1 mil millones de a�os luz) por lado.
JOSH BORROW, THE FLAMINGO TEAM

VIRGO CONSORTIUM

Fuente

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Un equipo de astr�nomos ha realizado la que se cree que es la mayor simulaci�n cosmol�gica realizada, rastreando materia oscura y ordinaria para dar idea de c�mo pudo evolucionar el universo.

Las simulaciones de FLAMINGO calculan la evoluci�n de todos los componentes del universo (materia ordinaria, materia oscura y energ�a oscura) de acuerdo con las leyes de la f�sica.

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A medida que avanza la simulaci�n, emergen galaxias virtuales y c�mulos de galaxias.

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Se han publicado tres art�culos en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society:

• uno que describe los m�todos

• otro que presenta las simulaciones

• el tercero que examina qu� tan bien las simulaciones reproducen la estructura a gran escala del universo

Telescopios espaciales como el Euclid lanzado recientemente por la ESA o el James Webb de la NASA/ESA/CSA recopilan cantidades impresionantes de datos sobre galaxias, cu�sares y estrellas.

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Simulaciones como FLAMINGO desempe�an un papel clave en la interpretaci�n cient�fica de los datos al conectar las predicciones de las teor�as de nuestro universo con los datos observados.

Seg�n la teor�a, las propiedades de todo nuestro universo est�n determinadas por unos pocos n�meros llamados "par�metros cosmol�gicos" (seis de ellos en la versi�n m�s simple de la teor�a). Los valores de estos par�metros se pueden medir con mucha precisi�n de varias maneras.

Uno de estos m�todos se basa en las propiedades del fondo c�smico de microondas (CMB), un tenue resplandor de fondo que qued� del universo primitivo. Sin embargo, estos valores no coinciden con los medidos por otras t�cnicas que se basan en la forma en que la fuerza gravitacional de las galaxias desv�a la luz (lente).

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Estas "tensiones" podr�an se�alar la desaparici�n del modelo est�ndar de cosmolog�a:

el modelo de materia oscura fr�a.

Las simulaciones por computadora pueden revelar la causa de estas tensiones porque pueden informar a los cient�ficos sobre posibles sesgos (errores sistem�ticos) en las mediciones.

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Si nada de esto resulta suficiente para explicar las tensiones, la teor�a se encontrar� en verdaderos problemas.
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Ilustraci�n creada por una IA

que imagina el cosmos.

Foto: Ilustraci�n generada

por IA Bing Image Creator

Hasta ahora, las simulaciones por computador utilizadas para comparar las observaciones s�lo rastrean la materia oscura fr�a.

"Aunque la materia oscura domina la gravedad, no se puede seguir ignorando la contribuci�n de la materia ordinaria", afirma el l�der de la investigaci�n Joop Schaye (Universidad de Leiden) "ya que dicha contribuci�n podr�a ser similar a las desviaciones entre los modelos y las observaciones".

Los primeros resultados muestran que tanto los neutrinos como la materia ordinaria son esenciales para realizar predicciones precisas, pero no eliminan las tensiones entre las diferentes observaciones cosmol�gicas.

Las simulaciones que tambi�n rastrean la materia bari�nica ordinaria (tambi�n conocida como 'materia bari�nica') son mucho m�s desafiantes y requieren mucha m�s potencia inform�tica.

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Esto se debe a que la materia ordinaria (que constituye solo el diecis�is por ciento de toda la materia del universo) no solo siente la gravedad sino tambi�n la presi�n del gas, lo que puede hacer que la materia sea expulsada de las galaxias por los agujeros negros activos y las supernovas hacia el espacio intergal�ctico.

La fuerza de estos vientos intergal�cticos depende de explosiones en el medio interestelar y es muy dif�cil de predecir.

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Adem�s, tambi�n es importante la contribuci�n de los neutrinos, part�culas subat�micas de masa muy peque�a, pero no conocida con precisi�n, pero cuyo movimiento no ha sido simulado hasta ahora.

Los astr�nomos han completado una serie de simulaciones por ordenador que siguen la formaci�n de estructuras en la materia oscura, la materia ordinaria y los neutrinos.

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El estudiante Roi Kugel (Universidad de Leiden) explica:

"El efecto de los vientos gal�cticos se calibr� mediante aprendizaje autom�tico, comparando las predicciones de muchas simulaciones diferentes de vol�menes relativamente peque�os con las masas observadas de galaxias y la distribuci�n del gas en c�mulos de galaxias."

Los investigadores simularon el modelo que mejor describe las observaciones de calibraci�n con una supercomputadora en diferentes vol�menes c�smicos y a diferentes resoluciones.

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Adem�s, variaron los par�metros del modelo, incluida,

• la fuerza de los vientos gal�cticos

• la masa de los neutrinos

• los par�metros cosmol�gicos en simulaciones de vol�menes ligeramente m�s peque�os pero a�n grandes...

La simulaci�n m�s grande utiliza 300 mil millones de elementos de resoluci�n (part�culas con la masa de una galaxia peque�a) en un volumen c�bico con aristas de diez mil millones de a�os luz.

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Se cree que esta es la simulaci�n cosmol�gica por computadora m�s grande jam�s realizada con materia ordinaria.

Matthieu Schaller, de la Universidad de Leiden, dijo:

"Para hacer posible esta simulaci�n, desarrollamos un nuevo c�digo, SWIFT, que distribuye eficientemente el trabajo computacional entre 30 mil CPU".

Las simulaciones de FLAMINGO abren una nueva ventana virtual al universo que ayudar� a aprovechar al m�ximo las observaciones cosmol�gicas.

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Adem�s, la gran cantidad de datos (virtuales) crea oportunidades para realizar nuevos descubrimientos te�ricos y probar nuevas t�cnicas de an�lisis de datos, incluido el aprendizaje autom�tico.

Utilizando el aprendizaje autom�tico, los astr�nomos pueden hacer predicciones para universos virtuales aleatorios.

Al compararlos con observaciones de estructuras a gran escala, pueden medir los valores de los par�metros cosmol�gicos.

Adem�s, pueden medir las incertidumbres correspondientes compar�ndolas con observaciones que limitan el efecto de los vientos gal�cticos.
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