La simulación a escala de universo más completa jamás producida aporta nuevas ideas sobre cómo los agujeros negros influyen en la distribución de la materia oscura.

Esta nueva herramienta, denominada IllustrisTNG y desarrollada con la ayuda de los nuevos métodos computacionales, revela además cómo se producen y distribuyen los elementos pesados lo largo del cosmos y dónde se originan los campos magnéticos.

El trabajo ha sido dirigido por el investigador principal Volker Springel, en el Instituto Heidelberg de Estudios Teóricos, astrofísicos de los Institutos Max Planck de Astronomía (MPIA, Heidelberg) y Astrofísica (MPA, Garching), la Universidad de Harvard, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y el Centro del Instituto Flatiron para Astrofísica Computacional (CCA).

El modelo es la simulación de universo más avanzada de su tipo, dice Shy Genel, un investigador científico asociado de CCA que ayudó a desarrollar y perfeccionar IllustrisTNG. Los detalles y la escala de la simulación permiten estudiar cómo se forman, evolucionan y crecen las galaxias en conjunto con su actividad de formación de estrellas.

«Cuando observamos galaxias usando un telescopio, solo podemos medir ciertas cantidades», dice. «Con la simulación, podemos rastrear todas las propiedades de todas estas galaxias. Y no solo cómo se ve la galaxia ahora, sino todo su historial de formación». Trazar un mapa de las formas en que evolucionan las galaxias en la simulación ofrece una idea de cómo podría haber sido nuestra propia Vía Láctea cuando se formó la Tierra y cómo podría cambiar nuestra galaxia en el futuro, dice.

Mark Vogelsberger, profesor asistente de física en el MIT y el Instituto Kavli para Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, ha estado trabajando para desarrollar, probar y analizar las nuevas simulaciones IllustrisTNG. Junto con los investigadores postdoctorales Federico Marinacci y Paul Torrey, Vogelsberger ha estado utilizando IllustrisTNG para estudiar las firmas observables de los campos magnéticos a gran escala que impregnan el universo.

«La alta resolución de IllustrisTNG combinada con su sofisticado modelo de formación de galaxias nos permitió explorar estas cuestiones de campos magnéticos con más detalle que con cualquier simulación cosmológica previa», dice en un comunicado Vogelsberger, uno de los autores de los tres artículos publicados en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

IllustrisTNG es un modelo sucesor de la simulación original de Illustris desarrollada por el mismo equipo de investigación, pero se ha actualizado para incluir algunos de los procesos físicos que desempeñan papeles cruciales en la formación y evolución de las galaxias.

Un cubo de mil millones de años luz de lado

Al igual que Illustris, el proyecto modela un universo en forma de cubo más pequeño que el nuestro. Esta vez, el proyecto siguió a la formación de millones de galaxias en una región representativa de un universo con cerca de mil millones de años luz por lado (frente a 350 millones de años luz por lado hace tan solo cuatro años).

IllustrisTNG es el proyecto de simulación hidrodinámico más grande hasta la fecha para la aparición de estructuras cósmicas, dice Springel, también de MPA y la Universidad de Heidelberg.

La red cósmica de gas y materia oscura predicha por IllustrisTNG produce galaxias bastante similares a las galaxias reales en forma y tamaño. Por primera vez, las simulaciones hidrodinámicas podrían calcular directamente el patrón detallado de agrupación de galaxias en el espacio. En comparación con los datos de observación, como los datos proporcionados por el poderoso Sloan Digital Sky Survey, las simulaciones de IllustrisTNG demuestran un alto grado de realismo, dice Springel.

Además, las simulaciones predicen cómo la red cósmica cambia con el tiempo, especialmente en relación con la materia oscura que subyace al cosmos. «Es particularmente fascinante que podamos predecir con precisión la influencia de los agujeros negros supermasivos en la distribución de la materia a grandes escalas», dice Springel. «Esto es crucial para interpretar de manera fiable las próximas mediciones cosmológicas».

Astrofísica a través de código y superordenadores

Para el proyecto, los investigadores desarrollaron una versión particularmente potente de su código de malla móvil altamente paralela AREPO y la utilizaron en la máquina Hazel Hen, la computadora central más rápida de Alemania, en el High Performance Computing Centre de Stuttgart.

Para calcular una de las dos ejecuciones de simulación principales, el equipo empleó más de 24.000 procesadores en el transcurso de más de dos meses. «Las nuevas simulaciones produjeron más de 500 terabytes de datos de simulación», dice Springel. «El análisis de esta gran cantidad de datos nos mantendrá ocupados en los próximos años, y promete muchas nuevas ideas emocionantes en diferentes procesos astrofísicos».

Fuente: europapress.es