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| La imagen de fondo muestra la distribución actual de la materia en un corte a través de la mayor simulación de FLAMINGO, que es un volumen cúbico de 2,8 Gpc (9.100 millones de años luz) de lado. La luminosidad de la imagen de fondo da la distribución actual de la materia oscura, mientras que el color codifica la distribución de los neutrinos. Los recuadros muestran tres zooms consecutivos centrados en el cúmulo de galaxias más masivo; en orden, muestran la temperatura del gas, la densidad de la materia oscura y una observación virtual de rayos X (de Schaye et al. 2023). Crédito: Josh Borrow, el equipo FLAMINGO y el Consorcio Virgo. Licencia CC-BY-4.0 |
Imagine poder presenciar el nacimiento y la evolución del universo en cuestión
de minutos. Eso es lo que ha conseguido un equipo de astrónomos con la ayuda
de uno de los superordenadores más potentes del mundo. El proyecto, denominado
FLAMINGO, es la mayor y más detallada simulación cosmológica jamás realizada.
Abarca un volumen de espacio de 10.000 millones de años luz y sigue las
interacciones gravitatorias de 300.000 millones de partículas.
FLAMINGO son las siglas de Full-hydro Large-scale structure simulations with
All-sky Mapping for the Interpretation of Next Generation Observations. El
nombre refleja el ambicioso objetivo del proyecto: crear un universo virtual
que pueda compararse con el real, observado por telescopios nuevos y futuros,
como el telescopio espacial James Webb y el telescopio espacial Euclid. Con
ello, los investigadores esperan poner a prueba y perfeccionar el modelo
estándar de la cosmología, que describe cómo evolucionó el universo desde el
Big Bang hasta nuestros días.
El modelo estándar de cosmología supone que el universo se compone de tres
ingredientes principales: la materia ordinaria, que forma las estrellas, los
planetas y todo lo que podemos ver; la materia oscura, que es invisible pero
representa la mayor parte de la masa del universo; y la energía oscura, que
impulsa la expansión acelerada del universo. El modelo también incluye
neutrinos, partículas diminutas que rara vez interactúan con la materia normal
pero que tienen una masa pequeña y pueden afectar a la formación de
estructuras a gran escala.
Las simulaciones de FLAMINGO tienen en cuenta todos estos componentes y
calculan su evolución basándose en las leyes de la física. Las simulaciones
parten de una distribución casi uniforme de la materia poco después del Big
Bang, cuando el universo era extremadamente caliente y denso. A medida que
pasa el tiempo, las simulaciones muestran cómo la materia oscura se agrupa
bajo su propia gravedad, formando una red cósmica de filamentos y halos. La
materia ordinaria sigue a la oscura y forma galaxias y cúmulos de galaxias
dentro de estos halos. Los neutrinos atraviesan la red cósmica modificando
ligeramente su forma.
Las simulaciones también incluyen otros procesos físicos que afectan a la
evolución de las galaxias, como el enfriamiento del gas, la formación de
estrellas, las explosiones de supernovas, el crecimiento de agujeros negros y
los vientos galácticos. Estos procesos se modelan mediante recetas de subgrid
que aproximan sus efectos a gran escala. Las simulaciones también producen
imágenes sintéticas de cómo se vería el universo virtual en distintas
longitudes de onda de luz, como rayos X, ultravioleta, óptico, infrarrojo y
radio.
El equipo de FLAMINGO realizó varias versiones de la simulación con distintas
resoluciones y parámetros. La simulación de mayor resolución utilizó 300.000
millones de partículas para representar un cubo espacial de 9.100 millones de
años luz de lado. Esta simulación tardó unos dos años en completarse en el
superordenador Cosmology Machine de la Universidad de Durham, utilizando 6.000
procesadores en paralelo. El equipo también realizó simulaciones de menor
resolución con distintos valores para la masa de neutrinos y la fuerza de los
vientos galácticos.
Los primeros resultados de FLAMINGO muestran que incluir la materia ordinaria
y los neutrinos en las simulaciones es esencial para hacer predicciones
precisas que puedan compararse con las observaciones. Las simulaciones
anteriores que se centraban únicamente en la materia oscura fría no eran
capaces de reproducir algunas de las propiedades observadas de las galaxias y
los cúmulos de galaxias, como sus masas, tamaños, formas, colores y
luminosidades. Las simulaciones de FLAMINGO también muestran cómo los
neutrinos afectan al crecimiento de estructuras a gran escala suprimiendo su
formación a escalas pequeñas.
Las simulaciones de FLAMINGO no sólo impresionan por su tamaño y complejidad,
sino también por su potencial para avanzar en nuestra comprensión del
universo. Al compararlas con los datos de observación de los telescopios
actuales y futuros, los astrónomos pueden comprobar si el modelo estándar de
la cosmología proporciona una descripción exacta de la realidad o si es
necesario modificarlo o sustituirlo por una nueva teoría. Las simulaciones
también pueden ayudar a los astrónomos a descubrir nuevos fenómenos y probar
nuevos métodos de análisis de datos, incluidas las técnicas de aprendizaje
automático.
El proyecto FLAMINGO es fruto de la colaboración entre investigadores de la
Universidad de Durham, la Universidad de Leiden, la Universidad John Moores de
Liverpool y otras instituciones. El proyecto forma parte del Consorcio Virgo
de simulaciones cosmológicas por superordenador. Los resultados de FLAMINGO se
han publicado en tres artículos en la revista Monthly Notices of the Royal
Astronomical Society.
Fuentes, créditos y referencias:
Roi Kugel et al, FLAMINGO: Calibrating large cosmological hydrodynamical simulations with machine learning, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad2540
Ian G McCarthy et al, The FLAMINGO project: revisiting the S8 tension and the role of baryonic physics, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad3107