Científicos del Smithsonian recrean los primeros 2 mil millones de años del Universo

Un equipo de científicos del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian logró crear una de las simulaciones más grandes y detalladas del universo temprano, ofreciendo una nueva perspectiva sobre la evolución cósmica tras el Big Bang. Denominada "Lumina", esta innovadora simulación abarca los primeros 2 mil millones de años del universo, mostrando cómo la materia oscura, el gas y la radiación interactuaron para dar origen a las primeras estrellas, galaxias y agujeros negros.

La investigación fue publicada en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, y tiene como objetivo ayudar a los astrónomos a interpretar las observaciones realizadas por potentes instrumentos como el Telescope Espacial James Webb (JWST) y el Telescope Espacial Nancy Roman. Al comparar las predicciones de Lumina con los datos obtenidos por estos telescopios, los científicos podrán evaluar la validez de las teorías existentes sobre la evolución cósmica y detectar descubrimientos que podrían desafiar su comprensión de las leyes fundamentales del universo.

Durante siglos, los astrónomos han estudiado el cielo y desarrollado explicaciones sobre la formación de estrellas, galaxias y otras estructuras cósmicas. Hoy en día, los supercomputadores permiten convertir estas ideas en simulaciones detalladas que predicen el comportamiento del universo. Cuando las observaciones de telescopios coinciden con estas predicciones, se refuerza la confianza en las teorías actuales. Sin embargo, las discrepancias inesperadas pueden señalar procesos físicos que los científicos aún no han logrado comprender completamente.

El autor principal de la investigación, Oliver Zier, un investigador del Centro de Astrofísica, destacó: "Con el JWST, el universo temprano se ha convertido en una nueva frontera emocionante en la astrofísica. Para entender lo que estamos observando con este telescopio, necesitamos traducir nuestras teorías en predicciones detalladas. Después de varios años de trabajo, con muchos altibajos, es increíblemente gratificante ver los resultados de la simulación y observar cómo nuestras predicciones cobran vida en video".

Recreando los Primeros 2 Mil Millones de Años del Universo

Lumina se distingue por ser la simulación de hidrodinámica radiativa cosmológica más grande jamás producida. Utiliza computadoras de alto rendimiento para calcular cómo el gas, la materia oscura y la luz se influencian mutuamente durante el desarrollo del joven universo. Al seguir estas interacciones a lo largo de los primeros 2 mil millones de años tras el Big Bang, los investigadores pueden examinar cómo se formaron las primeras galaxias y cómo su actividad transformó las enormes nubes de gas que las rodean.

La simulación modela un volumen del espacio más de 100 veces mayor que los cubiertos por proyectos comparables anteriores, abarcando un cubo de aproximadamente 1.5 mil millones de años luz en cada lado. Esto proporciona una visión de la evolución cósmica a una escala comparable a las vastas regiones que los telescopios más avanzados de hoy pueden estudiar.

Otro avance significativo es el tratamiento de la reionización del helio en Lumina, un proceso en el que la radiación despoja a los electrones de los átomos de helio. Por primera vez, una simulación de este tipo sigue esa transformación a medida que se desarrolla, teniendo en cuenta cómo afecta al universo circundante. Esto permite a los científicos estudiar la relación entre las galaxias en evolución, la radiación y el gas que llena el espacio entre ellas.

El coautor de la investigación, Aaron Smith, profesor asistente de física en la Universidad de Texas en Dallas, comentó: "Nos sentimos increíblemente afortunados de estar construyendo simulaciones como Lumina. Por primera vez, podemos seguir cómo el hidrógeno y el helio cambiaron a su forma moderna en un volumen tan enorme del universo, mientras resolvemos las galaxias y otros objetos luminosos que impulsan esa transformación".

Un Superordenador Masivo Impulsa el Cosmos Virtual

La recreación de una porción tan extensa de la historia cósmica requirió recursos computacionales extraordinarios. El equipo utilizó más de 15,000 unidades de procesamiento gráfico en Frontier, uno de los supercomputadores más rápidos del mundo, ubicado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee.

Esa potencia de procesamiento permitió a los investigadores simular una región excepcionalmente grande del universo temprano sin sacrificar el detalle necesario para investigar galaxias individuales y otras estructuras importantes. Como resultado, Lumina puede capturar la evolución más amplia del cosmos mientras también rastrea los procesos involucrados en la formación de estrellas, galaxias y agujeros negros.

Investigando los Misterios del Universo Temprano

Aparte de recrear la historia cósmica, Lumina proporciona un nuevo marco poderoso para investigar cómo se desarrolló el universo. Los investigadores planean utilizarlo para explorar el movimiento del gas entre galaxias, la influencia de la radiación residual del Big Bang y la aparición de regiones donde se formaron estrellas a tasas especialmente altas.

Al colocar estas predicciones junto a las observaciones del Telescope Espacial James Webb, el Telescope Espacial Nancy Roman y otros instrumentos, los científicos esperan construir una imagen más completa de los primeros capítulos del universo. Cualquier diferencia inesperada entre el cosmos simulado y el real podría proporcionar pistas valiosas, revelando potencialmente dónde las teorías actuales necesitan ser refinadas o reconsideradas.

Temas