Científicos revelan la representación virtual más precisa del universo


Los científicos han producido la representación virtual más grande y precisa del universo hasta la fecha. Un equipo internacional de investigadores, dirigido por la Universidad de Helsinki e integrado por miembros de la Universidad de Durham, en el Reino Unido, utilizó simulaciones de supercomputadoras para recrear toda la evolución del cosmos, desde el Big Bang hasta el presente. Los hallazgos se publican en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

SIBELIUS-DARK es una simulación de realización restringida. Por lo tanto, si nos ubicamos en la ubicación de la Vía Láctea virtual y miramos hacia afuera, vemos la misma estructura que observamos en el Universo real. Aquí mostramos cómo se vería el cielo para nosotros si pudiéramos ver la materia oscura, la estructura esquelética subyacente del Universo. Cada proyección es una capa de universo virtual a seis distancias cada vez mayores. Evidente es la famosa «telaraña cósmica», carreteras de filamentos que conectan galaxias a través del cielo. En las concentraciones de estos filamentos se encuentran cúmulos de galaxias, se destacan algunos famosos.

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.

Se descubrió que nuestra parte 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 tándem 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.

At the very centre of the simulation (and our own Universe) is the Milky Way galaxy, and our nearest massive neighbour, the Andromeda galaxy (known as M31). Credit: Dr Stuart McAlpine

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.

En los últimos 20 años, los cosmólogos han desarrollado un modelo estándar de cosmología, el modelo de materia oscura fría, que puede explicar gran parte de los datos astronómicos observados, incluidas las propiedades del calor remanente del big bang y la cantidad y distribución espacial de las galaxias observadas hoy. .

Al simular un universo virtual de materia oscura fría, la mayoría de los cosmólogos siguen un parche típico, o aleatorio, 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 nuestro vecino masivo cercano, la galaxia de Andrómeda.

El profesor Carlos Frenk, profesor Ogden 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 proporciona un respaldo 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 Dr. Matthieu Schaller de la Universidad de Leiden agregó: «Este proyecto es realmente innovador. Estas simulaciones demuestran que el modelo estándar de materia oscura fría puede producir todas las galaxias que vemos en nuestro vecindario. Esta es una prueba muy importante para que el modelo pase .»

El Dr. Stuart McAlpine, exestudiante de doctorado en Durham, investigador postdoctoral en la Universidad de Helsinki, dijo: «Al simular nuestro universo, tal como lo vemos, estamos un paso más cerca de comprender la naturaleza de nuestro cosmos. Este proyecto proporciona un puente importante entre décadas de teoría y observaciones astronómicas».

El equipo de investigación internacional analizará más a fondo la simulación creada con la esperanza de proporcionar pruebas más estrictas del modelo estándar de cosmología.

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