Imagen simulada que muestra la distribución de la materia en el Universo. Crédito de imagen: MPG. Click para agrandar.
El consorcio Virgo, un grupo internacional de astrofísicos del Reino Unido, Alemania, Japón, Canadá y EE. UU., Ha publicado hoy (2 de junio) los primeros resultados de la simulación más grande y realista del crecimiento de la estructura cósmica y la formación de galaxias y cuásares En un artículo publicado en Nature, el Consorcio Virgo muestra cómo comparar tales datos simulados con grandes encuestas de observación puede revelar los procesos físicos que subyacen a la acumulación de galaxias reales y agujeros negros.
La "Simulación del Milenio" empleó más de 10 mil millones de partículas de materia para rastrear la evolución de la distribución de la materia en una región cúbica del Universo a lo largo de 2 mil millones de años luz por lado. Mantuvo la supercomputadora principal en el Centro de Supercomputación de la Sociedad Max Planck en Garching, Alemania, ocupada durante más de un mes. Al aplicar técnicas de modelado sofisticadas a los 25 terabytes (25 millones de megabytes) de salida almacenada, los científicos de Virgo pueden recrear historias evolutivas de los aproximadamente 20 millones de galaxias que pueblan este enorme volumen y de los agujeros negros supermasivos que ocasionalmente se ven como quásares en sus corazones. .
Los telescopios sensibles a las microondas han podido obtener imágenes del Universo directamente cuando solo tenía 400,000 años. La única estructura en ese momento eran ondas débiles en un mar uniforme de materia y radiación. La evolución conducida gravitacionalmente luego convirtió estas ondas en la estructura enormemente rica que vemos hoy. Es este crecimiento el que está diseñado para seguir la Simulación del Milenio, con el doble objetivo de verificar que este nuevo paradigma para la evolución cósmica sea realmente consistente con lo que vemos, y de explorar la física compleja que dio lugar a las galaxias y sus agujeros negros centrales. .
Los avances recientes en cosmología demuestran que alrededor del 70 por ciento de nuestro Universo actualmente consiste en Energía Oscura, un campo de fuerza misterioso que está causando que se expanda cada vez más rápidamente. Aparentemente, alrededor de una cuarta parte consiste en Cold Dark Matter, un nuevo tipo de partícula elemental que aún no se detecta directamente en la Tierra. Solo alrededor del 5 por ciento está hecho de la materia atómica ordinaria con la que estamos familiarizados, la mayoría de los cuales consiste en hidrógeno y helio. Todos estos componentes se tratan en la Simulación del Milenio.
En su artículo de Nature, los científicos de Virgo usan la Simulación del Milenio para estudiar el crecimiento temprano de los agujeros negros. El Sloan Digital Sky Survey (SDSS) descubrió varios cuásares muy distantes y muy brillantes que parecen albergar agujeros negros al menos mil millones de veces más masivos que el Sol en un momento en que el Universo tenía menos de una décima parte de su edad actual.
"Muchos astrónomos pensaron que esto era imposible de conciliar con el crecimiento gradual de la estructura predicho por la imagen estándar", dice el Dr. Volker Springel (Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching), el líder del proyecto Millennium y el primer autor del artículo, "Sin embargo , cuando probamos nuestro modelo de formación de galaxias y cuásares, descubrimos que algunos agujeros negros masivos se forman lo suficientemente temprano como para dar cuenta de estos cuásares SDSS muy raros. Sus anfitriones de galaxias aparecen por primera vez en los datos del Milenio cuando el Universo tiene solo unos pocos cientos de millones de años, y en la actualidad se han convertido en las galaxias más masivas en los centros de los cúmulos de galaxias más grandes ".
Para el profesor Carlos Frenk (Instituto de Cosmología Computacional, Universidad de Durham), jefe de Virgo en el Reino Unido, el aspecto más interesante de los resultados preliminares es el hecho de que la Simulación del Milenio demuestra por primera vez que los patrones característicos impresos en el asunto La distribución en épocas tempranas y visible directamente en los mapas de microondas, todavía debe estar presente y debe ser detectable en la distribución observada de galaxias. "Si podemos medir los movimientos del barión lo suficientemente bien", dice el profesor Frenk, "nos proporcionarán una barra de medición estándar para caracterizar la geometría y la historia de expansión del universo y así aprender sobre la naturaleza de la Energía Oscura".
"Estas simulaciones producen imágenes asombrosas y representan un hito significativo en nuestra comprensión de cómo se formó el Universo temprano". dijo el presidente ejecutivo de PPARC, el profesor Richard Wade. "La Simulación del Milenio es un brillante ejemplo de la interacción entre la teoría y el experimento en astronomía, ya que las últimas observaciones de objetos astronómicos se pueden utilizar para probar las predicciones de modelos teóricos de la historia del Universo".
Las aplicaciones más interesantes y de mayor alcance de la Simulación del Milenio aún están por llegar, según el profesor Simon White (Instituto Max Planck de Astrofísica) que dirige los esfuerzos de Virgo en Alemania. "Las nuevas campañas de observación nos están proporcionando información de precisión sin precedentes sobre las propiedades de las galaxias, los agujeros negros y la estructura a gran escala de nuestro Universo", señala. “Nuestra capacidad de predecir las consecuencias de nuestras teorías debe alcanzar un nivel de precisión similar si vamos a utilizar estas encuestas de manera efectiva para conocer el origen y la naturaleza de nuestro mundo. La Simulación del Milenio es una herramienta única para esto. Nuestro mayor desafío ahora es poner su poder a disposición de los astrónomos de todas partes para que puedan insertar su propio modelo de formación de galaxias y cuásares para interpretar sus propios estudios de observación ".
Fuente original: Comunicado de prensa de PPARC
