NeoFronteras

El mejor universo simulado hasta el momento

Área: Espacio — domingo, 11 de mayo de 2014

Consiguen hacer una simulación del modelo cosmológico estándar cuyos resultados coinciden con las observaciones casi en su totalidad.

Foto

El Universo es interesante, contiene galaxias estrellas y planeta, incluso seres que se creen inteligentes en este puntito azul pálido. Podría haber sido un objeto con átomos equidistante en un caso de homogeneidad extrema e infinito aburrimiento, pero no es así.
Las fluctuaciones de densidad del universo primitivo permitieron a la gravedad agrupar la materia y formar galaxias. Hasta donde podemos observar, esas galaxias forman estructuras a gran escala en forma de filamentos o con forma de espuma con grandes huecos en donde no parece haber nada. Además, cuando más lejos miremos más hacia el pasado nos remontaremos y, por tanto, podemos ver cómo ha evolucionado en el tiempo esta estructura a gran escala, o casi. Para distancias muy grandes nuestros telescopios no son aún lo suficientemente potentes y sólo tenemos unas pocas imágenes de tipo Deep Field tomadas por el Hubble..
Cualquier modelo cosmológico que pretenda describir la formación de la estructura a gran escala del Universo tiene que predecir lo observado. Pero hacer esto no es fácil, incluso asumiendo que el modelo es correcto, no es fácil simular un cosmos virtual con una tamaño apreciable.
Ya en 2005 se realizó y publico The Millenium Run, una simulación computacional del Max Planck de 10.000 millones de partículas que permitieron simular un volumen correspondiente a un cubo de 2000 millones de años luz de lado, volumen que contendría el equivalente a 20 millones de galaxias.
Pero en esas simulaciones del pasado se tenían problemas con la formación estelar, las explosiones de supernova y los agujeros negros supermasivos.
Ahora se han publicado los resultados de una simulación de este tipo que, según sus autores, es la mejor realizada hasta la fecha y que describe muy bien lo observado en la realidad.
El principal ingrediente de esta nueva simulación (al igual que en las anteriores) es la materia oscura, que constituye la mayor proporción de masa del Universo. Esta materia oscura ejerce de semilla gravitatoria sobre la que se acumula la materia ordinaria para formar galaxias y estrellas.
Los investigadores del proyecto Illustris han introducido la física conocida en su modelo de tal modo que son capaces de simular la temperatura del gas o cómo el medio se va enriqueciendo de elementos pesados a lo largo de los 12.000 millones de años virtuales de los que consta la simulación. El cubo que han simulado tiene sólo 350 millones de años luz de lado, pero la resolución a la que lo hacen es muy elevada, en concreto de 12.000 millones de pixeles 3D.

La diferencia visual del resultado de The Millenium Run con el de Ilustris es que el primero mostraba un universo más plácido y suave, mientras que este muestra un cosmos lleno de explosiones, chorros de gas emanando de agujero negros supermasivos… Todo en un código de colores que permite ver muy bien cómo ha sido la historia del universo.
Para poder correr el programa de 100.000 líneas de código para el que se necesitaron 5 años de trabajo se ha usado un superordenador en paralelo de 8000 microprocesadores. Si se hubiera usado un PC corriente se hubieran necesitado 2000 años de tiempo real para realizar los cálculos.
La simulación comienza en hace unos 12.000 millones de años y se prolonga hasta el presente. En ella aparecieron 41.000 galaxias con su forma (espirales, elípticas, etc) y química adecuadas, pues se reproduce la abundancia relativa de elementos.
La única pega que parece tener el modelo es la formación estelar en galaxias de pequeña masa que se da demasiado pronto. Pero, básicamente, se puede decir que el modelo cosmológico estándar ΛCDM es básicamente correcto.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.

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9 Comentarios

  1. Gerardo:

    ¿Y no se formó ninguna cosa “rara” en esa simulación? Algún objeto no encontrado aun en la naturaleza pero que predice la simulación

  2. tomás:

    Magnífica pregunta, Gerardo. Una predicción así sería un fuerte aval para los modelos informáticos.
    Mi enhorabuena por tu sagacidad.

  3. tomás:

    Quiero decir si luego se confirmara.

  4. Pocosé:

    Pues sería mas interesante que nos diera una idea sobre lo que son materia/s y energia/s obscuras. Si con posible plural, ya que si lo obscuro conforma el 95% del Universo, si este fuera una fluctuación cuantica el sumatorio de todo lo que contiene deberìa ser cero.
    De todas las especulaciones sobre el principio y el fin, la que mas lógica me parece con mis escasos conocimientos es de la fluctuación cuantica.
    Saludos

  5. NeoFronteras:

    No parece que se haya encontrado nada nuevo en la simulación, sólo objetos conocidos.
    La materia oscura se introduce como postulado imponiendo unas pocas propiedades. En cuanto a la energía oscura no creo que tenga mucha influencia en esta simulación y posiblemente la han ignorado. Si tratasen de predecir un futuro lejano entonces habría que considerarla.

  6. tomás:

    Os parecerá un absurdo, pero me llena de satisfacción la coincidencia entre la foto del principio y la idea que he logrado del Universo (para mí merece una mayúscula) gracias a los últimos artículos y a la ayuda de los comentarios-respuesta (incansable) de Neo que me han permitido construir un concepto sin contradiciones. Tengo sobre el tema una especie de satisfacción y relajamiento -al menos provisional- inigualable.
    Por ello mil gracias a esta página sin igual y a nuestro paciente mentor.

  7. Juanda:

    Si dejasen funcionar la simulación durante el tiempo necesario se llegaría a ese universo aburrido donde todo tiene una temperatura uniforme?
    Podría ser una forma(un poco a lo bruto) de calcular cuantos años seguirá “vivo” el universo.

  8. tomás:

    Estimado/a Juanda:
    He hecho esperar lo más posible a mis deseos de responderte por ver si alguien con más conocimientos que yo lo hacía. Pero no ha habido suerte.
    Y es que la respuesta tiene varias vertientes. La primera de ellas es la fiabilidad de los modelos. Haría falta un conocimiento absoluto de todas las variables para construir un modelo capaz de una predicción perfecta. Esto, obviamente, es imposible. Admitido esto, cuanto más largo sea el plazo, mayor será la posibilidad de error.
    Segundo: Ya ves que en el último párrafo dice que “La única pega… el modelo… formación estelar en galaxias de pequeña masa que se da demasiado pronto” -ahí tenemos ya un pequeño error que se multiplica al aumentar el tiempo-. Y por otra parte, en el comentario 5 de Neo: “La materia oscura se introduce como postulado imponiendo unas pocas propiedades”. Esto ya limita mucho la fiabilidad a muy largo plazo, pero aún mucho más lo que sigue diciendo sobre la energía oscura, que basta leerlo en el comentario.
    Entonces, yo me iría a la 2ª ley de la termodinámica y vería si el modelo tiende hacia ella.
    Sin embargo ya es un triunfo el que, a partir de una situación teórica previa, se alcance algo muy parecido a la realidad actual comprobable.
    Eso en cuanto al modelo.
    Respecto al resultado, en mi opinión, sí, seguiremos lo que nos indican las leyes de la termodinámica.

    En cuanto a tu segunda pregunta no sé si lo que quieres decir es si seguirá existiendo vida en algún lugar del Universo o que éste seguirá evolucionando. Que seguirá evolucionando es seguro hasta esa superlejana uniformidad y luego, posiblemente aunque esa energía oscura se haya difuminado tanto que sea prácticamente inoperante ¿?, quizá la inercia continúe la expansión, pues la gravedad ya actuará a tales distancias que no producirá efectos; eso si es que todavía existe, lo que me parece dudoso, sobre todo si los gravitones son una realidad.

    Por tanto presumiré que te refieres a “la vida” y no creo que ese tipo de modelos pueda decir nada al respecto.
    Como es lógico, la vida, en cualquier lugar que se dé, por lo que sabemos, ha de recibir energía de alguna parte; incluso pongamos del interior del cuerpo -planeta o lo que sea- que la albergue. Pero si volvemos a nuestra termodinámica, la disipación de esa energía es inevitable y desde luego, la temperatura alcanzará los aproximadamente 150 kelvin -por ejemplo y para dar un buen margen- en cualquier cuerpo que podamos sospechar, mucho, muchísimo -me refiero a 10^(barbaridad de años)-, antes de que se alcance una cierta uniformidad. De todas formas desconocemos si las leyes de la física actuales podrán ser operativas en ese lejanísimo futuro. Por ejemplo ¿serán estables los protones? O, mucho antes ¿hasta qué punto será válido que la menor temperatura posible sea 0 kelvin?

    No sé si habré contribuido a resolver tus dudas. En cualquier caso lo he intentado. Un cordial saludo. Y si alguien me corrige o corrobora también lo agradeceré.

  9. Miguel Ángel:

    Querido Neo:

    ¿Qué tal casa la idea de un multiverso con inflación en el que aparecen constantemente universos burbuja con la segunda ley de la termodinámica? ¿No debería llegar un momento en que se detenga el estallido de burbujas?
    Ya sé que podemos apelar a la formación de universos a partir de fluctuaciones cuánticas en el vacío, pero la idea de que algo así pueda producirse eternamente me resulta más contraintuitiva en un multiverso con una inflación que no se detiene que si considero los modelos del Big Crunch o los del rebote. En éstos últimos no me cuesta imaginar un universo frío cuando esta expandido y caliente cuando se contrae.

    Otro abrazo.

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