Investigadores de la Universidad de Zurich han simulado la formación de todo nuestro universo con una gran supercomputadora. Se ha generado un catálogo gigantesco de alrededor de 25 mil millones de galaxias virtuales a partir de 2 billones de partículas digitales. Este catálogo se utiliza para calibrar los experimentos a bordo del satélite Euclid, que se lanzará en 2020 con el objetivo de investigar la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura.

Durante un período de tres años, un grupo de astrofísicos de la Universidad de Zurich ha desarrollado y optimizado un código revolucionario para describir con una precisión sin precedentes la dinámica de la materia oscura y la formación de estructuras a gran escala en el universo. Como Joachim Stadel, Douglas Potter y Romain Teyssier informan en su artículo recientemente publicado, el código (llamado PKDGRAV3) ha sido diseñado para utilizar de manera óptima la memoria disponible y el poder de procesamiento de las arquitecturas modernas de supercomputación, como la supercomputadora "Piz Daint" del Centro Nacional de Computación de Suiza (CSCS). El código se ejecutó en esta máquina líder mundial durante solo 80 horas, y generó un universo virtual de dos billones (es decir, dos mil billones o 2 x 1012) macropartículas que representan el fluido de materia oscura, del cual se extrajo un catálogo de 25 mil millones de galaxias virtuales.

Estudiando la composición del universo oscuro

Gracias a la alta precisión de su cálculo, con un fluido de materia oscura que evoluciona bajo su propia gravedad, los investigadores han simulado la formación de una pequeña concentración de materia, llamados halos de materia oscura, en el que creemos que se forman galaxias como la Vía Láctea. El desafío de esta simulación fue modelar galaxias tan pequeñas como una décima parte de la Vía Láctea, en un volumen tan grande como todo nuestro universo observable. Este fue el requisito establecido por la misión europea Euclid, cuyo principal objetivo es explorar el lado oscuro del universo.

Midiendo distorsiones sutiles

En efecto, aproximadamente el 95 por ciento del universo está oscuro. El cosmos consta del 23 por ciento de materia oscura y el 72 por ciento de energía oscura. "La naturaleza de la energía oscura sigue siendo uno de los principales enigmas sin resolver de la ciencia moderna, "dice Romain Teyssier, Profesor UZH de Astrofísica Computacional. Un rompecabezas que solo puede resolverse mediante la observación indirecta:cuando el satélite Euclid capte la luz de miles de millones de galaxias en grandes áreas del cielo, Los astrónomos medirán distorsiones muy sutiles que surgen de la desviación de la luz de estas galaxias de fondo por un primer plano, distribución invisible de masa - materia oscura. "Eso es comparable a la distorsión de la luz por un panel de vidrio algo irregular, "dice Joachim Stadel del Instituto de Ciencias Computacionales de la UZH.

Optimización de estrategias de observación del satélite

Este nuevo catálogo virtual de galaxias ayudará a optimizar la estrategia de observación del experimento Euclid y minimizará diversas fuentes de error. antes de que el satélite se embarque en su misión de recopilación de datos de seis años en 2020. "Euclid realizará un mapa tomográfico de nuestro universo, rastreando en el tiempo más de 10 mil millones de años de evolución en el cosmos, "Dice Stadel. De los datos de Euclid, Los investigadores obtendrán nueva información sobre la naturaleza de esta misteriosa energía oscura, pero también espero descubrir nueva física más allá del modelo estándar, como una versión modificada de la relatividad general o un nuevo tipo de partícula.