IllustrisTNG, la simulación del universo más avanzada

Los últimos modelos computacionales han ayudado a crear IllustrisTNG, la simulación del universo con mayor cantidad de información hasta la fecha. Esta herramienta permite a los astrofísicos estudiar con mayor precisión cuestiones como la influencia de los agujeros negros en la distribución de materia oscura, cómo los elementos pesados son producidos y dónde se originan los campos magnéticos.

Liderados por el investigador Volker Springel del Instituto Heidelberg, astrofísicos del Instituto Max Planck, Harvard, MIT y CCA han desarrollado y programado este nuevo modelo de universo llamado Illustris: The Next Generation. El nivel de detalle, les permite estudiar cómo las galaxias se forman, evolucionan y crecen. «Cuando observamos las galaxias usando un telescopio, únicamente podemos medir ciertas cantidades», explica el investigador Shy Genel del CCA. «Con la simulación, podemos realizar un seguimiento de todas las propiedades de estas galaxias. Y no sólo del modo en que ahora las vemos, sino en toda la historia de su formación». El modelo ofrecería pistas de cómo era la Vía Láctea cuando la Tierra se formó y de qué aspecto podría tener en el futuro.

Mark Vogelsberger, profesor ayudante de física en el MIT, ha trabajado en desarrollar, probar y analizar IllustrisTNG. Junto con Federico Marinacci y Paul Torrey, ha usado el modelo para estudiar los efectos de los campos magnéticos de gran escala que impregnan el universo. «La alta resolución de IllustrisTNG, combinada con su modelo sofisticado de formación de galaxias, nos permitió explorar estas cuestiones acerca de los campos magnéticos con mayor detalle que con simulaciones cosmológicas previas», asegura Vogelsberger, uno de los autores de los 3 artículos sobre el tema publicados recientemente en el journal de la Real Sociedad Astronómica.

IllustrisTNG es el modelo sucesor de la simulación Illustris original desarrollada por el mismo equipo de investigación, pero actualizado para incluir algunos de los procesos físicos que juegan papeles cruciales en la formación y evolución de galaxias. Como su predecesor, el nuevo modelo representa un universo en forma de cubo más pequeño que el nuestro. Esta vez, el proyecto abarcó la formación de millones de galaxias en una región representativa de un universo con cerca de un billón de años luz por cada lado (en la versión de hace 4 años las longitudes eran de 350 millones de años luz).

La red cósmica de gas y materia negra preconcebida por IllustrisTNG muestra galaxias bastante similares a galaxias reales en forma y tamaño. Por primera vez, simulaciones hidrodinámicas pueden calcular directamente los patrones de agrupación de las galaxias de forma detallada. Según Springel, la simulación de IllustrisTNG ofrece un alto grado de realismo en comparación con datos observacionales, como los obtenidos a través del Sloan Digital Sky Survey en el observatorio Apache Point de Nuevo México. Además, estos datos predicen cómo la red cósmica cambia a lo largo del tiempo, específicamente en relacion a la materia oscura que sustenta el universo (un 27% de la materia del cosmos), como explica Springel:

Es particularmente fascinante que podamos predecir de forma precisa la influencia de agujeros negros supermasivos en la distribución de materia a grandes escalas. Esto es crucial para interpretar correctamente las mediciones cosmológicas que están por llegar.

Para el proyecto, los investigadores han desarrollado una versión especialmente potente de su código dinámico AREPO y lo han usado en la Hazel Hen, la computadora central más rápida de Alemania situada en el High Performance Computing Center en Stuttgart. Para computar una de las dos simulaciones principales, el equipo empleó más de 24 000 procesadores durante más de dos meses que produjeron más de 500 terabytes de datos. «Analizar esta inmensa montaña de información nos mantendrá ocupados durante años y nos llevará a comprender mejor los diferentes procesos astrofísicos», asegura Springel.

IllustrisTNG también sirve para comprender mejor la estructura jerárquica de la formación de galaxias. Los teóricos afirman que primero se generarían galaxias pequeñas para después fundirse dando lugar a formaciones de mayor tamaño, debido a la implacable atracción gravitatoria. Las numerosas colisiones entre galaxias literalmente destruyen algunas de ellas y las estrellas que las formaban quedan diseminadas en órbitas amplias alrededor de las nuevas galaxias de mayor tamaño, lo cual produce un brillo pálido y borroso de fondo que dificulta la observación. Pero gracias a IllustrisTNG ahora es posible simular con exactitud este fenómeno.

 

Fuente: phys.org