Ver es creer, O eso dice el refrán.

Y en algunos casos un mundo de fantasía puede ayudarte a darte cuenta de lo que estás viendo en realidad también.

Los científicos están creando universos simulados, por ejemplo, completo con maquetas de materia oscura, galaxias generadas por computadora, cuasi cuásares, y pseudo supernovas, para comprender mejor las observaciones del mundo real.

Su objetivo es visualizar cómo los nuevos estudios del cielo basados ​​en la Tierra y en el espacio verán el universo, y ayudar a analizar e interpretar los vastos tesoros de datos que acumularán estas encuestas.

"Queremos poder empezar a trabajar una vez que obtengamos datos reales, "dijo Stephen Bailey, un físico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) que es el líder técnico y gerente de sistemas de datos para un proyecto de cartografía del cielo en 3-D conocido como Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, o DESI, que está programado para comenzar a observarse en 2019.

Varios equipos de DESI están construyendo simulaciones separadas pobladas con los muchos tipos de objetos que DESI encontrará. "¿Cómo se verá esto para DESI?" Preguntó Bailey. "¿Cuáles son los espectros reales, o firma ligera, que DESI va a observar? Tenemos que asegurarnos de que los objetos simulados tengan los colores adecuados y la abundancia química ".

John Moustakas, un profesor asistente de física en Siena College en Nueva York que también está trabajando en las simulaciones para DESI, adicional, "Y eso es un desafío porque no existe nada como DESI".

Los modelos computarizados se basan en observaciones de estudios anteriores y simulaciones a gran escala del universo que explican la física compleja, incluida la materia oscura, una forma desconocida de materia que, junto con la energía oscura, constituye aproximadamente el 95 por ciento de la masa y la energía totales del universo.

"En la mayor medida posible, las simulaciones se basan en modelos de objetos reales, desde la extracción de todas estas piezas de otras encuestas, ", Dijo Moustakas." Quizás en un mundo perfecto estos serían modelos puramente teóricos, pero no entendemos las galaxias lo suficientemente bien como para poder hacer eso ".

Y aunque hay datos de encuestas anteriores, DESI veré el cielo de otra manera. "Tienes que extraer todas las partes del instrumento de todos estos otros estudios para llegar a:'Así es como se ven otras galaxias, intrínsecamente, '", dijo. A continuación, él dijo, los científicos deben averiguar cómo los verá el conjunto único de instrumentos de DESI.

Los objetos y universos simulados creados y refinados utilizando poderosas supercomputadoras, incluido el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética de Berkeley Lab (NERSC), en última instancia, debe tener en cuenta el ruido atmosférico de la Tierra, y condiciones climáticas y de iluminación, incluidas las fases de la luna, que afectan todas las observaciones.

DESI operará desde el telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona. Medirá la luz de decenas de millones de galaxias y otros objetos con una matriz cuidadosamente coreografiada de 5, 000 robots giratorios, cada uno de los cuales apunta con un cable de fibra óptica a un objeto espacial específico. La matriz robótica recorrerá una secuencia de objetos, mirando hasta 11 mil millones de años atrás en la historia de nuestro universo.

La luz capturada por DESI proporcionará mediciones precisas que ayudarán a los científicos a rastrear la evolución del universo y aprender más sobre la energía oscura. que es responsable de los misterios del universo, acelerando la expansión. Berkeley Lab es el laboratorio principal del proyecto DESI, y la colaboración ahora involucra a unos 200 científicos en 40 instituciones.

Alex Smith, estudiante de posgrado en la Universidad de Durham en Inglaterra y miembro colaborador de DESI, trabajó con un equipo para desarrollar un catálogo simulado de galaxias para DESI que aprovecha una poderosa simulación de cómo ha evolucionado la materia del universo durante los últimos 13 mil millones de años.

Realizado en el Centro de Supercomputación Jülich en Alemania, esta simulación Millennium-XXL utilizó 12, 000 núcleos de computadora:el equivalente a unos 300 años de tiempo de procesamiento de computadora. Generó alrededor de 100 terabytes de datos, que es casi la misma cantidad de datos que el telescopio espacial Hubble transmitió en imágenes espaciales durante sus primeros 24 años de funcionamiento.

El catálogo de galaxias simulado que desarrolló el equipo de Smith se centró en el mismo tercio del cielo que inspeccionará DESI. El catálogo muestra cómo el agrupamiento y el 'desplazamiento al rojo' de las galaxias, el color basado en su distancia y movimiento lejos de nosotros, cambia con el tiempo y probablemente aparecerá en DESI.

Debido a la expansión cósmica, los objetos muy distantes aparecen más rojos y más tenues. Los catálogos simulados anteriores no tenían en cuenta estos cambios en el corrimiento al rojo, Dijo Smith.

"Es importante tener catálogos simulados que tengan propiedades realistas, que se vean similares a cómo creemos que se verá la encuesta real, "añadió.

La encuesta de su equipo utilizó un método conocido como distribución de ocupación de halo, o HOD, para modelar el número promedio de galaxias y su brillo basado en las simulaciones detalladas de la distribución de la materia oscura del estudio Millennium-XXL. En modelos de materia oscura, la materia se forma dentro de grupos de materia oscura conocidos como halos, y las galaxias están envueltas por estos halos.

Smith señaló que la distribución de las galaxias dentro de estos halos, y otras propiedades incorporadas en el último catálogo, se toman de datos recopilados en encuestas anteriores, incluyendo el Sloan Digital Sky Survey y el Galaxy and Mass Assembly Survey.

Las galaxias del catálogo se simplifican a su brillo, como aparecerá en una de las bandas de longitud de onda que DESI estará escaneando. El catálogo simulado también está destinado a simular el tipo de galaxias que serán el objetivo durante las condiciones del cielo que favorecen los objetos más brillantes. como las que existen en las épocas de amaneceres y atardeceres, o cuando la luna brilla más en el cielo, por ejemplo. Las simulaciones separadas tendrán en cuenta las condiciones de visualización más oscuras.

"El catálogo simulado que creé asume que puedes observar todo con perfecta precisión, "Smith señaló, por lo que será necesario agregar propiedades adicionales para simular el clima y otros efectos. La colaboración DESI tiene acceso a una década de estadísticas meteorológicas recopiladas en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, Dijo Bailey.

Incluso después del inicio de la encuesta de DESI, Los científicos de colaboración continuarán adaptando y mejorando los modelos.

"Tiene un componente de aprendizaje, ", Dijo Moustakas." A medida que comenzamos a observar las cosas, luego usaremos esos objetos específicos para construir mejores modelos de lo que son esos objetos ".

Depender demasiado de las simulaciones también puede ser un problema, Los científicos de DESI señalaron, por lo que las observaciones proporcionarán una verificación de la realidad necesaria. Por ejemplo, objetos superbrillantes llamados quásares, que se encuentran entre los objetivos de DESI, han sido particularmente difíciles de simular.

"No quieres creer demasiado en tus simulaciones, porque la naturaleza es mucho más dura, "Dijo Moustakas.

Bailey agregado, "Actualmente estamos iniciando otros experimentos; luego los estaremos iniciando nosotros mismos".

Smith señaló que para prepararse para encuestas cada vez más grandes, Habrá una necesidad de modelos más detallados y precisos para enfocarse en la naturaleza de la energía oscura y la gravedad. por ejemplo.

"Para poder realizar mediciones cosmológicas con la alta precisión requerida para poder diferenciar todos estos modelos viables, es muy importante tener catálogos simulados cada vez más realistas, " él dijo.