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| Figura 1: La distribución de la materia oscura en una instantánea de Uchuu. Las imágenes muestran el halo de materia oscura del mayor cúmulo de galaxias formado en la simulación a diferentes aumentos. Crédito: Tomoaki Ishiyama |
Olvídate de los juegos online que te prometen un "mundo entero" para explorar. Un equipo internacional de investigadores ha generado un universo virtual completo y lo ha puesto a disposición de todo el mundo de forma gratuita en la nube.
Uchuu (que significa "espacio exterior" en japonés) es la mayor y más realista simulación del universo hasta la fecha. La simulación de Uchuu consta de 2,1 billones de partículas en un cubo computacional de una extensión sin precedentes de 9.630 millones de años luz. A modo de comparación, eso es aproximadamente tres cuartas partes de la distancia entre la Tierra y las galaxias más lejanas observadas. Uchuu revela la evolución del universo a un nivel de tamaño y detalle inconcebible hasta ahora.
Uchuu se centra en la estructura a gran escala del universo: misteriosos halos de materia oscura que controlan no sólo la formación de las galaxias, sino también el destino de todo el universo. La escala de estas estructuras abarca desde los mayores cúmulos de galaxias hasta las galaxias más pequeñas. Las estrellas y los planetas individuales no se resuelven, así que no esperes encontrar ninguna civilización alienígena en Uchuu. Pero un aspecto en el que Uchuu gana mucho en comparación con otros mundos virtuales es el dominio del tiempo; Uchuu simula la evolución de la materia a lo largo de casi los 13.800 millones de años de historia del universo, desde el Big Bang hasta el presente. Eso es más de 30 veces más largo que el tiempo transcurrido desde que la vida animal salió por primera vez de los mares de la Tierra.
Julia F. Ereza, estudiante de doctorado en el IAA-CSIC que utiliza Uchuu para estudiar la estructura a gran escala del universo, explica la importancia del dominio del tiempo: "Uchuu es como una máquina del tiempo: podemos avanzar, retroceder y detenernos en el tiempo, podemos ''acercarnos'' a una sola galaxia o ''alejarnos'' para visualizar todo un cúmulo, podemos ver lo que realmente está ocurriendo en cada instante y en cada lugar del universo desde sus primeros días hasta el presente, siendo una herramienta esencial para estudiar el cosmos."
Un equipo internacional de investigadores de Japón, España, EE.UU., Argentina, Australia, Chile, Francia e Italia creó Uchuu utilizando ATERUI II, el superordenador más potente del mundo dedicado a la astronomía. Incluso con toda esta potencia, se tardó un año en producir Uchuu. Tomoaki Ishiyama, profesor asociado de la Universidad de Chiba que desarrolló el código utilizado para generar Uchuu, explica: "Para producir Uchuu hemos utilizado... los 40.200 procesadores (núcleos de CPU) disponibles exclusivamente durante 48 horas cada mes. Se han consumido 20 millones de horas de supercomputadora y se han generado 3 Petabytes de datos, el equivalente a 894.784.853 fotos de un teléfono móvil de 12 megapíxeles".
Antes de que empiece a preocuparse por el tiempo de descarga, el equipo de investigación utilizó técnicas de cálculo de alto rendimiento para comprimir la información sobre la formación y evolución de los halos de materia oscura en la simulación Uchuu en un catálogo de 100 terabytes. Este catálogo está ahora disponible para todo el mundo en la nube en un formato fácil de usar gracias a la infraestructura computacional skun6 ubicada en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), el grupo RedIRIS y el Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA). Las futuras publicaciones de datos incluirán catálogos de galaxias virtuales y mapas de lentes gravitacionales.
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| Evolución en el tiempo del número de halos en cada rango de masas según la predicción de esta simulación. La barra que se extiende horizontalmente desde cada círculo y triángulo representa el rango de las masas del halo. El eje vertical es el número de halos encontrados en un cubo de unos 9.600 millones de años-luz de lado. Las barras de gradiente en la parte superior de la figura representan las categorías de objetos que se encuentran en los halos de esa masa. La simulación de Uchuu predice que numerosos halos con masas comparables a las del halo de nuestra galaxia se formaron ya hace unos 13.000 millones de años. Crédito: Tomoaki Ishiyama |
Los productos científicos de Big Data de Uchuu ayudarán a los astrónomos a aprender a interpretar los estudios de galaxias de Big Data que se esperan en los próximos años de instalaciones como el telescopio Subaru y la misión espacial Euclid de la ESA.
Fuentes, créditos y referencias:
Tomoaki Ishiyama et al, The Uchuu simulations: Data Release 1 and dark matter halo concentrations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2021). DOI: 10.1093/mnras/stab1755