EL UNIVERSO EN UN SUPERCOMPUTADOR

La simulación de la supercomputadora Bolshoi, la más precisa y detallada simulación cosmológica hasta la fecha, da a los físicos y astrónomos una nueva y poderosa herramienta para la comprensión de los misterios cósmicos como la formación de galaxias, la materia oscura y energía oscura.
La simulación rastrea la evolución a gran escala de la estructura del universo, incluyendo la evolución y distribución de los halos de materia oscura en las galaxias que se unieron y crecieron. Los estudios iniciales muestran una buena concordancia entre las predicciones de la simulación y las observaciones de los astrónomos.

La materia oscura en una galaxia rodea a la materia visible en un halo que es más grande y más esférico de las estrellas y el gas que vemos. La densidad de la materia visible es mayor que la densidad de materia oscura cerca de los centros de la mayoría de las galaxias, por lo que la materia oscura no es muy importante allí. Pero se extiende mucho más allá de las estrellas y el gas, por lo que las partes exteriores de las galaxias son esencialmente toda de materia oscura.
En realidad, la materia oscura sería invisible, sus propiedades sólo pueden inferirse indirectamente observando el movimiento de las estrellas y el gas.

“En cierto sentido, es posible que los resultados iniciales son un poco aburridos, ya que, básicamente, muestran que la norma funciona de nuestro modelo cosmológico”, dijo Joel Primack, profesor distinguido de la física en la Universidad de California, Santa Cruz. “Lo emocionante es que ahora tenemos esta simulación de alta precisión que proporcionará la base para un montón de importantes nuevos estudios en los meses y años por venir”.
Primack y Anatoly Klypin, profesor de astronomía en la Universidad de Nuevo México, encabezan el equipo que ha producido la simulación Bolshoi. Klypin escribió el código de software para la simulación, que se ha ejecutado en el superordenador de las Pléyades en la NASA Ames Research Center.

“Estas grandes simulaciones cosmológicas son esenciales para la interpretación de los resultados de las observaciones astronómicas en curso y para la planificación de las nuevas encuestas grandes del universo, que se espera que ayude a determinar la naturaleza de la misteriosa energía oscura”, dijo Klypin. Primack, que dirige la Universidad de California High-Performance Astrocomputing Center (UC-HIPACC), quien a su vez dijo que la versión inicial de los datos de la simulación Bolshoi comenzó a principios de septiembre.

“Hemos lanzado una gran cantidad de datos para que otros astrofísicos pueden empezar a usarla”, dijo. “Hasta ahora es menos del uno por ciento de la producción real, ya que la producción total es tan grande, pero no habrá lanzamientos adicionales en el futuro.” El índice de referencia anterior para grandes simulaciones cosmológicas, conocida como la Carrera del Milenio, ha sido la base de unos 400 documentos desde el año 2005.
Sin embargo, los parámetros fundamentales utilizados como entrada para la ejecución de Milenio ahora se sabe que es inexacta. Producido por el Consorcio Virgo, con científicos en su mayoría europeos, la simulación de Milenio utiliza parámetros cosmológicos basados en la primera versión de los datos de la sonda de la NASA Wilkinson Microwave Anisotropy (WMAP).

WMAP proporcionó un mapa detallado de sutiles variaciones en la radiación del fondo cósmico de microondas, la radiación primordial dejada por el Big Bang. Sin embargo, los parámetros WMAP1 inicial han sido sustituidos por versiones posteriores:. WMAP5 (de cinco años los resultados publicados en 2008) y WMAP7 (de siete años los resultados publicados en 2010).
La simulación Bolshoi se basa en los parámetros WMAP5, que son consistentes con los posteriores resultados de WMAP7 . “Los parámetros cosmológicos de WMAP1 en que se basa la simulación del Milenio ahora se sabe que tiene error”, dijo Primack. “Además, los avances en la tecnología de supercomputación nos permiten hacer una simulación mucho mejor con una resolución más alta en casi un orden de magnitud. Así que espero que la simulación Bolshoi tendrá un gran impacto en el campo.”

La explicación estándar de cómo evolucionó el universo después de el Big Bang se conoce como el modelo Lambda de Materia Oscura Fría, y es la base teórica para la simulación Bolshoi. Según este modelo, la gravedad actuó inicialmente sobre las fluctuaciones de densidad ligera que se presentó en breve después del Big Bang para reunir los grupos primero de materia oscura. Estos crecieron en cúmulos más y más grandes a través de la fusión jerárquica de progenitores más pequeños.

Aunque la naturaleza de la materia oscura sigue siendo un misterio, representa alrededor del 82 por ciento de la materia en el universo. Como resultado, la evolución de la estructura del universo ha sido impulsado por las interacciones gravitatorias de materia oscura. La materia ordinaria que forma estrellas y planetas ha caído en los “pozos gravitacionales”, creado por acumulaciones de materia oscura, dando lugar a las galaxias en los centros de los halos de materia oscura.
Uno de los propósitos principales de la simulación Bolshoi es calcular y modelar la evolución de halos de materia oscura. Las características de los halos y subhalos en la simulación Bolshoi se presentan en un documento que ha sido aceptado para su publicación en el Astrophysical Journal y está disponible on line.
En un segundo documento, también se aceptan para su publicación en el Astrophysical Journal, y disponible en Internet, presenta la abundancia y propiedades de las galaxias predichas por la simulación Bolshoi de la materia oscura. Los autores son Klypin, Trujillo Gómez, Primack, y el investigador postdoctoral UCSC Aaron Romanowsky. Una comparación de las predicciones con las observaciones de galaxias Bolshoi desde el Sloan Digital Sky Survey mostró muy buen acuerdo, según Primack.

La simulación Bolshoi se centró en una sección representativa del universo, la computación en la evolución de un volumen cúbico que mide alrededor de mil millones de años-luz en un lado y después de las interacciones de 8,6 mil millones de partículas de materia oscura. Le tomó seis millones de horas de CPU para ejecutar el cómputo total de la supercomputadora Pléyades, recientemente clasificado como el superordenador más rápido en séptimo lugar en el mundo.

Una variante de la simulación Bolshoi, conocida como BigBolshoi o MultiDark, se ha ejecutado en el superordenador lo mismo con el mismo número de partículas, pero esta vez en un volumen 64 veces mayor. BigBolshoi se ejecutó para predecir las propiedades y la distribución de los cúmulos de galaxias y otras estructuras de gran tamaño en el universo, así como para ayudar con proyectos de energía oscura, como la Encuesta de oscilación Baryon espectroscópicas (BOSS).

Otra variante, llamada MiniBolshoi, actualmente se ejecuta en la supercomputadora Pléyades. MiniBolshoi se centra en una parte más pequeña del universo, y ofrece una resolución aún mayor que Bolshoi. La simulación Bolshoi y sus dos variantes se harán públicos a disposición de investigadores astrofísicos de todo el mundo en las fases a través de la base de datos MultiDark, organizada por el Instituto de Astrofísica de Potsdam en Alemania y apoyado por becas de España y Alemania. Primack, Klypin, y sus colaboradores siguen analizando los resultados de la simulación Bolshoi y presentarán documentos para su publicación.

Entre sus hallazgos, sus resultados demuestran que la simulación predice correctamente el número de galaxias más brillantes que la Vía Láctea, y que las galaxias satélite son tan brillantes como los satélites principales de la Vía Láctea, las Nubes de Magallanes, Grande y Pequeña. Los misterios continuan......

"Hay más misterio en el más diminuto insecto que en el poder de una supercomputadora".


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