Un equipo internacional de investigadores no solo creó todo un universo virtual. También lo puso a disposición de todas las personas con acceso a Internet de forma gratuita.
Uchuu, un término que significa universo en japonés, es la simulación más realista del cosmos jamás realizada.
El proyecto fue desarrollado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en colaboración con el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), el Centro de Supercomputación de Galicia (Cesga) y la red académica y de investigación española RedIRIS.
En la iniciativa también participan otros grupos de investigación de Japón, Estados Unidos, Argentina, Australia, Chile, Francia e Italia.
La simulación nos permitirá estudiar la evolución del universo con un nivel de detalle e información sin precedentes, prácticamente desde después del Big Bang hasta la actualidad.
«Uchuu tiene como objetivo básicamente recrear cómo se formó el universo, toda la estructura, todo lo que hemos visto desde que el universo estaba en su infancia y tenía 400.000 años», dijo el cosmólogo Francisco Prada, profesor del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España. Instituto Andaluz de Astrofísica para BBC News Mundo.
«Pudimos, con una supercomputadora intensamente dedicada al proyecto, recrear toda la física involucrada, básicamente todas las ecuaciones gravitatorias de Einstein y los componentes energéticos y materiales del universo, así como todos los procesos involucrados numéricamente».
La simulación, que ya está disponible en la nube de Cesga, permitirá a los científicos centrarse en diferentes momentos de la historia del universo y facilitará la comprensión de fenómenos como la evolución de las galaxias y la formación de agujeros negros.
supercomputadora
La simulación fue posible gracias a la supercomputadora ATERUI II, la supercomputadora más potente dedicada exclusivamente a la astrofísica, que pertenece al Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
«Otros grandes ordenadores como el Mare Nostrum de Barcelona pueden tener muchos más procesadores. Pero la ventaja de ATERUI es que se dedica a pocos proyectos en astrofísica», dice Prada.
«Y eso te permite tener un uso exclusivo durante mucho tiempo para poder hacer una simulación como esta que de otro modo sería imposible. Tuvimos la suerte de usar ATERUI durante todo un año 48 horas cada mes exclusivamente. Es un gran privilegio».
Tomoaki Ishiyama, de la Universidad de Chiba en Japón, fue responsable de desarrollar y ejecutar el código que creó la simulación.
El resultado «son tres petabytes de datos, el equivalente a casi 1 millón de fotos de un teléfono móvil de 12 megapíxeles», dijo Ishiyama, según Efe.
La simulación consta de 2.100 millones de partículas en un cubo virtual de 9.600 millones de años luz de diámetro, una dimensión comparable a la mitad de la distancia que existe entre la Tierra y las galaxias más distantes observadas, dice el CSIC.
Todos los datos para el análisis se almacenan en el CESGA, centro mixto del CSIC y la Junta de Galicia, y también se pueden descargar online a través del servidor IAA.
evolución de la galaxia
Uchuu permitirá a los científicos estudiar en detalle diferentes momentos y escenarios de la historia del universo, durante más de 13 mil millones de años.
“Por primera vez podemos estudiar en la misma simulación tanto objetos muy pequeños como objetos enormes, tanto galaxias con masas más pequeñas que nuestra Vía Láctea como cúmulos de galaxias muy grandes, o incluso grandes vacíos, manteniendo la misma resolución. Esto aún no había ha sido posible en la misma simulación «.
«Es como si en otra simulación solo pudieras estudiar autos. Pero con nuestra simulación pudimos estudiar desde una patineta hasta un avión o un superpetrolero, y también pudimos ver cómo todos estos objetos se distribuyen en una llanura o en la Himalaya o en las aguas del océano, en ambientes muy diferentes a la densidad de la materia «.
«Las galaxias en el universo están distribuidas en lo que llamamos estructura a gran escala: hay grandes vacíos, donde hay muy pocas galaxias, hay filamentos, hay grupos como la Vía Láctea y Andrómeda, y luego hay grandes objetos que son mil veces más masivas que nuestra Vía Láctea «.
La simulación nos permite ver, por ejemplo, cómo las pequeñas galaxias se agregan (se fusionan) a lo largo de la historia y forman otras más grandes, algo que se denomina formación jerárquica de la estructura del universo, explica Prada.
«Así es como se formó la Vía Láctea. Ha estado ‘comiendo’ muchos objetos diminutos y esto es parte de la historia de la formación de la galaxia».
La simulación también permitiría estudiar la colisión de dos galaxias que tienen agujeros negros muy masivos que pueden producir ondas gravitacionales.
«Las galaxias masivas como la Vía Láctea tienen un agujero negro. Es esencial comprender el crecimiento de estas estructuras porque también está relacionado con la tasa de adición de materia de los agujeros negros, cómo se forman».
‘Gafas de materia oscura’
Una característica clave de Uchuu es que incorpora no solo materia visible, sino también misteriosa materia oscura y energía oscura.
La materia ordinaria, formada por átomos, representa menos del 5% de la energía total del universo.
La materia oscura, una forma de materia que no interactúa con la luz y solo es detectable por sus efectos gravitacionales, representa alrededor del 25%. El resto, el 70%, es lo que los científicos llaman energía oscura.
En la visualización de Uchuu disponible en YouTube, por ejemplo, se ve la materia oscura y cómo se distribuye en un objeto supermasivo, ya que podría ser un gran cúmulo de galaxias.
«Nuestra simulación tiene todos los ingredientes, todos los parámetros que conocemos hoy en las proporciones correctas», dijo Prada.
Las imágenes de Uchuu equivalen a «ponerse unas gafas especiales» para visualizar la materia oscura.
«Hubo un tiempo en la historia del universo en el que la gravedad tuvo que competir con la energía oscura porque si solo tuvieras gravedad, toda la materia comenzaría a colapsar».
«Sin embargo, llega un momento en la historia del universo cuando esta energía oscura comienza a dominar que no sabemos qué es, pero sabemos en términos prácticos que es como una fuerza repulsiva, como una presión contra la gravedad». Prada explicó a BBC News World.
«Uno de los grandes desafíos para Uchuu es que al haber simulado la estructura completa del universo y poder comparar todas las estadísticas que hemos observado, por ejemplo, cuántos grandes cúmulos de galaxias tenemos, cuántos grandes vacíos, cuánto las galaxias están agrupadas, podremos interpretar mejor la naturaleza de la energía oscura y la materia oscura, que hasta el día de hoy no sabemos qué es «.
“Se entiende que la materia oscura es una partícula elemental, pero no sabemos qué es lo que causa esta expansión acelerada”.
Francisco Prada explica: «Esta imagen muestra cuatro momentos en la historia del universo, el presente está abajo y el pasado está arriba. Y las tres columnas corresponden a diferentes regiones del universo».
«Por ejemplo, el de la derecha es muy interesante porque muestra el proceso de formación de un gran vacío».
«Si vamos al presente, verán que la densidad de galaxias allí es muy baja, hay grandes regiones que tienen un déficit, un vacío de galaxias, así que podemos retroceder en el tiempo y ver cómo se formó esto».
«En la primera columna ves un objeto similar a la Vía Láctea; es como poner lentes en el cielo y ver materia oscura».
«Si en cambio les doy una imagen de lo que solo se puede ver con el telescopio, sería una hermosa galaxia como las imágenes del Hubble, pero vemos toda la materia oscura, porque en nuestra propia galaxia debe haber miles de objetos pequeños que son materia oscura.»
«Y en el medio se ve un cúmulo de galaxias que es un objeto mil veces más masivo».
De Argentina y Chile
En el proyecto Uchuu también participa la científica Sofía Alejandra Cora, del Instituto de Astrofísica de La Plata, en Argentina.
Cora es investigadora independiente del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet) y profesora asociada de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata.
«El principal objetivo de mi participación en este proyecto es generar un catálogo de galaxias a partir de los datos de la simulación de Uchuu, que solo considera la materia oscura».
«Para hacer esto, se toma como base información sobre las propiedades de los halos de materia oscura y la forma en que crecen y se fusionan con el tiempo», explicó a BBC News Mundo.
«Y se aplica un modelo semi-analítico de formación y evolución de galaxias, teniendo en cuenta varios procesos físicos que determinan las propiedades de las galaxias», continuó.
«Un modelo semi-analítico consiste en un conjunto de recetas analíticas simples que modelan diferentes procesos físicos que afectan el gas y las estrellas que componen una galaxia».
«La última versión del modelo utilizado por nuestro grupo de trabajo en Argentina se describe en un artículo de Montlhy Notices de la Royal Astronomical Society. Esta tarea está en desarrollo».
En el proyecto también participa Cristian Vega Martínez, investigador del Departamento de Astronomía y del Instituto de Investigaciones Multidisciplinarias en Ciencia y Tecnología de la Universidad de La Serena (ULS), en Chile.
«Uno de los mayores desafíos de Uchuu fue administrar y publicar la gran cantidad de datos que puede producir una simulación de esta categoría».
«Este tipo de simulación puede generar fácilmente cientos de terabytes», dijo Vega a BBC News Mundo.
«Por lo tanto, estamos trabajando activamente para diseñar las técnicas para manipular estos datos, brindar una forma sencilla de compartirlos y brindar herramientas para su uso».
Aporta su experiencia en el área de la formación de galaxias y las simulaciones de evolución, y su conocimiento de la computación de alto rendimiento.
«Los datos publicados deben proporcionarse de una manera que pueda ser útil para la comunidad», dice.
«Simulaciones de este tipo, que permiten modelar grandes volúmenes del universo [que simulam as estruturas que definem onde as galáxias se formam], son necesarios para poder contrastar nuestras teorías físicas sobre la formación de galaxias y la evolución del universo con los resultados de grandes experimentos modernos. [telescópios]».
‘Dar acceso a otras personas’
Para Francisco Prada, una de las principales razones de la importancia de Uchuu es su libre disponibilidad.
«Como científico, creo en la responsabilidad de dar acceso a otros científicos que no tienen la posibilidad de hacer estas simulaciones para que puedan hacer ciencia de alto nivel y de vanguardia», dijo.
«Hacemos esto público para todos los científicos del mundo, y no solo para los científicos, sino para todos los que tienen Internet».
“Y en Galicia también tenemos los datos, para que la gente pueda ir allí y analizar los datos sin tener que descargarlos en casa. Por eso también ponemos a disposición la capacidad informática, porque normalmente esta capacidad informática no está al alcance de nadie”.
La simulación, el análisis y la difusión pública de los datos fueron financiados por instituciones públicas de Japón y España.
«El costo de este proyecto es muy alto y hay pocos grupos en el mundo que puedan hacer este proyecto».
«Estamos en la era de Big Data, donde lo que ha generado Uchuu es mucho mayor que la cantidad de datos almacenados por YouTube, Amazon y Google combinados».
«Realmente pudimos poner a disposición de la sociedad y los científicos la investigación de vanguardia de forma gratuita, y eso es lo que me parece muy alentador».
Noticia de Brasil
Fuente: uol.com.br