A SIMULACIÓN DO UNIVERSO MÁIS PERFECTA XAMAIS CREADA

Simulación dun cúmulo de galaxias. Os centros galácticos, en vermello, están máis quentes. As partes brillantes corresponden a halos de gas difuso - Colaboración  TNG 
 

Imaxinemos por un momento que o universo enteiro é unha persoa. A humanidade naceu cando esa persoa xa é adulta e madura, pero interésanos saber como foi a súa adolescencia, a súa nenez e o seu nacemento, hai 13.800 millóns de anos. Para pescudalo, non podemos viaxar atrás no tempo, pero podemos mirar cos nosos instrumentos o máis lonxe posible, para captar a luz que as galaxias distantes emitiron fai miles de millóns de anos, cando esta persoa era máis nova. Desa forma, entre outras cousas, os cosmólogos tratan de entender a evolución do universo: como se condensou a materia, cando o universo se fixo transparente, onde e por que a masa acumulouse nalgúns lugares mentres o espazo-tempo expandíase. E tamén como naceron as sementes de estrelas e galaxias, os primeiros buracos negros, como e cando morreron as primeiras estrelas ou como envellecen as galaxias.

A fin de contas, todos eses fenómenos complexos e fascinantes, que parecen froito da fantasía, son reais, están alén dun simple telescopio, e explican de onde vimos e onde vivimos. Dous estudos publicados a semana pasada en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society fixeron un importante esforzo para reconstruír a historia do universo. Científicos dos Institutos Max Planck de Astrofísica e Astronomía (Alemaña), realizaron a simulación máis completa da historia de toda a vida do universo, reproducindo a súa evolución xeral, pero tamén o nacemento de estrelas e galaxias. O traballo emulou a evolución de 20.000 millóns de partículas e requiriu a contribución de 16.000 núcleos do supercomputador Hazel Hen, durante 24 horas ao día, todos os días á semana, ao longo dun ano enteiro.

O resultado de todo este traballo é TNG50, a simulación cosmológica a gran escala máis detallada ata a data. Ademais, devandito modelo revelou, por primeira vez, que a xeometría dos fluxos de gas cósmico ao redor das galaxias determina a súa estrutura, e viceversa. Tamén permitiu observar como co tempo as galaxias adquiren a súa estrutura  aplanada a partir de nubes  amorfas de gas.

A virtude de TNG50 é combinar dúas simulacións: unha que representa a evolución de todo o universo nunha «caixa», e outra que foi capaz de descender ata un elevado nivel de detalle, iso si, á conta do grandioso investimento en recursos dun supercomputador. De feito, esta é unha das computacións astrofísicas máis complexas feitas ata o momento.

 

O resultado é a simulación dun «cubo» do universo de 230 millóns de anos luz de lado, coa capacidade de discernir acontecementos cunha resolución temporal dun millón de anos. Ademais, TNG50 segue a evolución de miles de galaxias e de 20.000 millóns de partículas, que representan á materia escura, estrelas, gas cósmico, campos magnéticos e buracos negros supermasivos, durante un período de 13.800 millóns de anos.

"Os experimentos numéricos como este son particularmente exitosos cando obtés máis do que invistes", dixo o codirector das investigacións. "Na nosa simulación, vimos fenómenos que non foran programados explicitamente no código. Sinxelamente, emerxeron de forma natural, por mor da complexa interacción dos ingredientes físicos básicos do noso modelo do universo".

De feito, a simulación TNG50 reflectiu dous comportamentos emerxentes sen que estivese programada para iso. Un é a formación de discos galácticos en rotación a partir de grandes e caóticas nubes de gas en épocas temperás. O outro é a xeración de fortes «ventos» de gas orixinados en  supernovas e buracos negros  supermasivos.
Fluxos de gas que saen do centro das galaxias e que volven caer na periferia, coma se fosen un chafariz.

Á esquerda, varias simulacións de galaxias espirais. O modelo empregado nestes traballos, TNG50, arroxou nova luz sobre o proceso de formación dos discos galácticos. Á dereita, fluxos de gas que saen do centro das galaxias e que volven caer na periferia, coma se fosen un chafariz / D. Nelson (MPA) and the Illustris TNG team

O primeiro fenómeno mostra como nubes amorfas se aplanan, viran e dan lugar a galaxias espirais. Ademais, o traballo mostra como nos últimos 10.000 millóns de anos as galaxias estiveron aplanándose e a súa caótica estrutura ordenouse considerablemente.

Ademais, se en tempos máis pretéritos as galaxias emitían chorros de gas en todas direccións, por mor da actividade das supernovas e dos buracos negros supermasivos, co tempo estes fluxos tenderon a orientarse, ata quedar contidos en dous grandes conos, en cuxo centro está a propia galaxia.

Ademais, na simulación obsérvase como o fluxo destes chorros retárdase como consecuencia do tirón dos halos de materia escura. Así ata o punto de que os chorros volven cara atrás, e caen sobre a periferia das galaxias, coma se fosen unha fonte, permitindo a reciclaxe desa materia e esa enerxía. De feito, segundo os autores, estes chafarices promoven que a galaxia teña forma de disco, e o propio disco promove a formación destas fontes.

Os resultados destes dous estudos xa son interesantes por si sós, pero nun futuro os datos da simulación TNG50 quedarán ao dispor de todos os astrónomos. Por iso, os autores destes estudos esperan que se poidan descubrir novas propiedades emerxentes do universo. Seguramente, axudarán a comprender a apaixonante historia do lugar en que vivimos.

FONTE: G.L.S./abc.es/ciencia