Una nueva simulación muestra cómo se desarrolló el universo primitivo, poco tiempo después del Big Bang

Simulación de la formación y evolución de un cúmulo de galaxias. (Crédito: Claudio Dalla Vecchia).

Una nueva simulación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha conseguido mapear el desarrollo del universo primitivo. Para ello, el equipo desarrolló un nuevo e innovador procedimiento numérico que permite reproducir en pocos segundos con técnicas de Big Data y machine learning el medio intergaláctico obtenido a partir de una simulación cosmológica de 100.000 horas de cálculo.

El algoritmo denominado Hydro-BAM, permitió a los investigadores explotar la jerarquía en la relación entre las propiedades de la materia oscura, el gas ionizado y el hidrógeno neutro intergaláctico (los ingredientes que conforman la estructura a gran escala de nuestro universo). Este algoritmo ha permitido obtener predicciones muy precisas en apenas unas decenas de segundos.

«El algoritmo consta de unas 100.000 líneas de código escritas en el IAC, resultado del esfuerzo de años de trabajo de unos pocos investigadores, más o menos el mismo número que la primera versión de Photoshop», dijo en un comunicado Francisco-Shu Kitaura, investigador del IAC.

Según explica el comunicado de prensa, la investigación también ha permitido reproducir con gran precisión los llamados «bosques Lyman-alfa», un patrón de líneas en los espectros de galaxias y cuásares lejanos que se produce cuando la luz emitida por estos objetos es absorbida, a lo largo de su recorrido, por nubes de gas de hidrógeno. El análisis de estos bosques es fundamental para avanzar en nuestra comprensión del Universo en su conjunto.

¿Por qué son importantes estas simulaciones? Son como una especie de «universos virtuales» que sirven como laboratorio para estudiar hasta los misterios más grandes de la física moderna. Por ejemplo, la materia y energía oscura, y la expansión acelerada del universo.

La materia y energía oscura no se puede ver ni detectar directamente a través de las herramientas existentes de los astrónomos, pero su efecto se puede medir a través de su atracción gravitacional sobre la materia ordinaria. Más del 95% de la densidad de energía en el universo está en una forma que nunca ha sido directamente detectada. Aproximadamente el 68% es energía oscura, que no solo es responsable de la expansión del Universo, sino también de su constante aceleración.

En las últimas décadas diversas teorías se han puesto a prueba para desvelar la naturaleza de la expansión acelerada y sondear la geometría de nuestro universo. Pero a pesar de ello, siguen existiendo vacíos con profundas cuestiones. Las simulaciones del universo permiten a los científicos inferir su pasado y evolución futura.

«Nuestros trabajos en este campo están teniendo una gran repercusión en la comunidad científica y se han puesto en contacto con nosotros grupos de talla mundial», dice Kitaura.

A pesar del gran avance, los autores reconocen la dificultad, así como el elevado costo, por lo que consideran que la investigación no ha hecho más que empezar y planean más adelante producir miles de universos simulados mucho más complejos. No cabe duda de que surgirán cosas emocionantes y sobre todo interesantes.

Los hallazgos aparecen en la revista The Astrophysical Journal.

Recomendado: ¿Qué es la materia oscura?

Comparte ciencia, comparte conocimiento.