Una de las mayores simulaciones informáticas jamás realizadas está arrojando luz sobre los misterios más profundos del universo.

Traducido de 'Computing the Cosmos', (c) 2004 IEEE. Este artículo fue publicado por primera vez en la edición de Julio del 2004 de IEEE Spectrum.

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Por Alexander Hellemans y Madhusree Mukerjee

Si los astrónomos hicieran una película sobre la historia completa del universo, empezaría, por supuesto, con la abrasadora explosión del Big Bang. El universo, absolutamente cada partícula de materia que podemos detectar o inferir hoy en día, se expandiría a una velocidad inimaginable, pasando de un tamaño inferior al de un protón al de una galaxia en un abrir y cerrar de ojos. Según la expansión continuara, el universo se iría enfriando, y para cuando los créditos del principio de la película hubieran terminado de aparecer, el cosmos sería una sopa supercaliente de partículas elementales, preparada para formar los primeros protones y neutrones. Pero qué pasaría después?

En realidad, los astrónomos están trabajando todavía en el resto de la trama, es decir, lo que aconteció exactamente en los más de 13.000 millones de años posteriores al estallido inicial. [En este artículo, siguiendo los estándares de la publicación científica internacional, IEEE Spectrum usa las palabras “billón” para referirse a 10 elevado a 9 y “trillón” para 10 elevado a 12]. Uno de los aspectos de la historia que más ha traído de cabeza a los científicos es cómo se formaron y evolucionaron las galaxias. ¿Cómo una sopa amorfa de partículas pudo transformarse en billones y billones de galaxias tan increíblemente diversas? ¿Por qué estas galaxias se agruparon en racimos, y grupos de racimos, dispuestos a lo largo de inimaginablemente enormes estructuras de materia en forma de burbuja, filamento y hoja de papel?

Para responder a estas y otras cuestiones fundamentales de la astronomía, un grupo internacional de científicos de Canadá, Alemania, el Reino Unido y los Estados Unidos ha estado trabajando en un ambicioso proyecto cuya meta es simular en un superordenador la evolución de todo el universo, desde justo un instante después del Big Bang hasta ahora.

El grupo de investigadores, conocido como el Consorcio Virgo (nombre tomado de la agrupación de galaxias más próxima a nosotros) está creando el mayor y más detallado modelo informático del universo jamás concebido. Mientras otros grupos han simulado únicamente algunas partes del cosmos, la del Consorcio lo abarcará por entero. Las mejores teorías astronómicas sobre la distribución de la materia y la formación de galaxias en el universo se convertirán en ecuaciones, números, variables y otros parámetros en simulaciones que se ejecutarán en uno de los superordenadores más potentes de Alemania, constituido por un grupo de computadoras IBM Unix situadas en el Centro de Computación de la Sociedad Max Planck en Garching, cerca de Munich.

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4.200.000.000.000: NÚMERO DE CÁLCULOS POR SEGUNDO QUE EL SUPERORDENADOR DEL CONSORCIO VIRGO PUEDE REALIZAR.

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En los próximos meses, los científicos tienen previsto empezar a almacenar todos los resultados en localizaciones públicas accesibles para los investigadores de todo el mundo [ver “Descargando el cielo” en la web del IEEE]. Esta accesibilidad, según Simon D.M. White, director de investigación del Instituto Max Planck de Astrofísica que lidera la participación alemana en el Consorcio Virgo, permitirá a los investigadores comparar cada universo simulado con su último punto de referencia; el universo mismo, tal y como puede observarse desde los telescopios ubicados tanto en tierra como en el espacio.

Si la simulación produce un universo extraño que no se parece al nuestro, entonces los supuestos de partida en los que se basa estaban equivocados o necesitan un ajuste. Por el contrario, si el resultado es un universo parecido al que nosotros vemos, los investigadores sabrán que caminan en la dirección correcta. De ser así, verían algunos de los misterios más profundos del universo desvelados directamente en las pantallas de sus ordenadores.

Mediante la observación a grandes distancias usando potentes telescopios, los astrónomos han descubierto un asombroso patrón de, literalmente, cósmicas proporciones; las galaxias se agrupan en racimos de diferentes tamaños que no flotan solas en el universo, sino que están interconectadas por largos hilos de materia. Lo que es más, estas aglomeraciones de racimos se reúnen en torno a inmensas estructuras en forma de burbuja, filamento o lámina, de millones de años luz de tamaño.

Estas estructuras, las mayores conocidas, constituyen una tela de araña tridimensional que recorre el universo. Si pudieras reducir el cosmos de modo que una agrupación de galaxias fuera del tamaño de un grano de arena, un trozo que arrancaras de esta tela de araña universal se asemejaría a un trozo de estropajo; los huecos vacíos del estropajo representarían las enormes zonas del espacio donde casi no hay materia [ver ilustración, “Universo esponjoso”].

Para averiguar cuándo y cómo se creó esta gigantesca tela de araña, el Consorcio Virgo está simulando cómo la materia se dispersó por el espacio a lo largo de prácticamente toda la existencia del universo.

Al empezar a crear su modelo del universo, los investigadores tuvieron que enfrentarse a dos cuestiones básicas; en qué momento deberían comenzar la simulación, y qué condiciones reunía el universo en ese preciso instante. Afortunadamente, los astrónomos creen tener las respuestas adecuadas.

Según la teoría del universo inflacionario enunciada en los 80 por Alan Guth, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y por Andrei Linde, de la Universidad de Standford, el universo se expandió a una tasa extraordinariamente rápida durante una pequeña fracción de segundo inmediatamente después del Big Bang. Esta exponencialmente veloz expansión amplificó las diminutas fluctuaciones a escala cuántica que existían en el campo de energía primordial que inundaba el universo en sus primerísimos momentos. Estas fluctuaciones hicieron que la materia se agrupara, y más tarde la gravedad fue originando agregados cada vez más densos.

Como resultado, estos agregados de materia, que comenzaron con inimaginablemente pequeñas fluctuaciones de energía en un universo primordial más pequeño incluso que un protón, finalmente evolucionaron hacia las gigantescas estructuras que componen la esponjosa tela de araña de materia del universo. Y más sorprendente, la mayor parte de la masa de esta tela de araña de materia no es la del tipo de esa que sabemos que forma las galaxias, estrellas, planetas y seres humanos.

Después de muchos experimentos y cálculos a lo largo de la pasada década, la mayoría de los astrónomos están de acuerdo en el asombroso hecho de que alrededor del 85 por ciento de la materia que existe en el universo está compuesta de una misteriosa sustancia llamada materia oscura que no puede ser vista directamente. Su presencia se infiere de los movimientos de las estrellas y galaxias; las estrellas son atraídas hacia el centro de las galaxias, y las galaxias hacia el centro de los grupos de galaxias, debido a fuerzas de gravedad mucho mayores de las que la materia visible puede originar por sí sola. Debe haber algo más ahí fuera.

Esta sombría sustancia no está hecha de quarks, electrones y sus derivados (átomos y moléculas), sino de alguna partícula o partículas que han eludido a los investigadores hasta la fecha. Los candidatos incluyen axiones, fotinos, neutralinos (que todavía no han sido descubiertos) entre otras partículas predichas por los teóricos. La consecuencia de todo esto es que, debido a que la materia oscura no es visible, lo que los astrónomos han observado son los contornos de una gran tela de araña universal, revelada por la luz de las estrellas y galaxias que se formaron alrededor de los nódulos de esta red, las juntas donde gran cantidad de materia se acumula. Es un poco como inferir la forma de un árbol de navidad en un patio oscuro a través de las luces que cuelgan en él. Las estrellas, galaxias y demás objetos que podemos ver nacieron de densos agregados de materia normal atrapada en la tela de araña que forma la materia oscura.

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2.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000: MASA EN KILOGRAMOS DE CADA UNO DE LOS 10 BILLONES DE PUNTOS DE SIMULACIÓN DEL MODELO DEL UNIVERSO CREADO POR EL CONSORCIO VIRGO

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Uno de los principales hechos probados en los que se basa la simulación del Consorcio Virgo es algo llamado el fondo de radiación de microondas, un débil remanente de radiación originada por la propia Gran Explosión que los astrónomos han podido estudiar recientemente con gran detalle. Esta radiación, evidencia que apoya la teoría inflacionaria, fue emitida 380.000 años después del Big Bang, cuando los protones se combinaron con electrones libres para formar átomos de hidrógeno neutros.

Si la sopa de partículas cósmicas hubiera sido completamente uniforme, con los átomos de hidrógeno distribuidos de un modo homogéneo, esta radiación siempre tendría la misma apariencia, independientemente de hacia dónde miráramos. Sin embargo, cuando los astrónomos apuntaron sus detectores hacia diferentes zonas del cielo, se encontraron con pequeñas variaciones en este fondo de radiación de microondas. Estas variaciones fueron meticulosamente detalladas por la Sonda Wilkinson de Anisotropía de Microondas de la NASA, cuyos primeros resultados científicos fueron publicados este año. En un triunfo de la astronomía moderna, las variaciones medidas se corresponden exactamente con las predicciones de la teoría inflacionaria.

El fondo de radiación de microondas, por tanto, da a los científicos una imagen bastante buena de la distribución de la materia cuando el universo, con una edad estimada de 13.700 millones de años, tenía sólo 380.000, es decir, estaba todavía en su infancia. Ese es precisamente el punto de inicio que el Consorcio Virgo ha elegido como comienzo para sus simulaciones. La principal, conocida como la Simulación del Milenio, terminó este mes de junio. En el momento en que los datos sean procesados en los próximos meses, la Simulación del Milenio revelará con un detalle sin precedentes cómo la distribución de materia del cosmos llegó a ser como es hoy. “Será la madre de todas las simulaciones”, indica Carlos S. Frenk, profesor de astronomía de la Universidad de Durham, Reino Unido, que lidera la participación británica en el Consorcio.

En el acogedor campus del Instituto Max Planck, no es difícil encontrar el centro de supercomputación. Sólo hay que seguir el sonido de los equipos de aire acondicionado más ruidosos. Estos equipos refrigeran el superordenador (compuesto por dos largas filas de cajas negras del tamaño de frigoríficos que ocupan una habitación blanca y luminosa) usada por el Consorcio Virgo, así como por otros grupos de investigación asociados [ver fotografía, “Modeladores del Universo”].

Esta máquina, un grupo de potentes ordenadores IBM Unix, tiene un total de 812 procesadores y 2 terabytes de memoria, para un rendimiento máximo de 4.2 teraflops, o trillones de cálculos por segundo. Obtuvo el año pasado el puesto 31 en la lista Top500, una clasificación de los ordenadores más potentes del mundo realizada por Jack Dongarra, profesor de computación de la Universidad de Tennessee en Knoxville, y otros expertos en supercomputación.

Pero como se pudo ver, incluso las máquinas más potentes de la Tierra no podrían replicar exactamente las condiciones de distribución de la materia del universo de 380.000 años que el Consorcio Virgo eligió como punto de partida de su simulación. El número de partículas es sencillamente demasiado grande, y ningún ordenador hoy o en un futuro cercano podría simular la interacción de tantos elementos.

Así, el principal desafío para el grupo Virgo es construir una aproximación a esa realidad que sea posible computar y al mismo tiempo lo suficientemente detallada como para arrojar conclusiones útiles. Los astrofísicos de Virgo lo han conseguido al proponer una representación de la distribución de materia de esa época usando 10 billones de puntos de masa, más de los que cualquier otra simulación haya intentado usar nunca.

Estos puntos sin tamaño definido no tienen un significado físico real. Son simplemente elementos de la simulación, un modo de modelizar el contenido de materia del universo. Cada punto está hecho de materia normal y oscura en la misma proporción que la inferida por las mejores estimaciones, y tiene una masa equivalente a un billón de veces la del Sol, es decir, 2000 trillones de trillones de trillones (2 elevado a 39) kilogramos. Estos 10 billones de partículas suponen sólo el 0,003 por ciento de la masa total observable del universo, pero como el universo es homogéneo a gran escala, el modelo es más que representativo de todo el cosmos).

Los astrónomos dejarán que estos puntos masivos interactúen entre sí únicamente mediante la gravedad, que prevalece sobre las demás fuerzas a la escala de la simulación. Los puntos serán distribuidos homogéneamente en el espacio separados por muchos millones de años luz, excepto por pequeñas variaciones en sus posiciones que imitan las minúsculas diferencias de densidad del universo primigenio. Estos pequeños desplazamientos debidos a la expansión inflacionaria aseguran que algunas partículas se encontrarán más cerca de unas que de otras, y por tanto se moverán más y más cerca hasta que se unan. Por último, este flujo de materia terminará por dibujar la tela de araña universal, con sus filamentos de materia oscura, cúmulos de galaxias y grandes espacios vacíos.

Pero si toda la materia del universo se atrae gravitacionalmente, ¿se colapsará sobre sí mismo en un Big Bang a la inversa? Esta cuestión ha estado dando la lata a los investigadores desde los tiempos de Isaac Newton.

La respuesta proviene de un descubrimiento realizado hace algunos años que sacudió el concepto que los científicos tenían del cosmos. Durante décadas, los astrónomos han estado estudiando la expansión del universo mediante la luz emitida por las galaxias observables más lejanas. La distancia que esta luz debe recorrer hasta llegar a nosotros va siendo mayor según el universo se expande y las galaxias, la Tierra y todo lo demás se separan más y más. Como resultado de todo esto, la longitud de onda de la luz se “alarga”, moviéndose hacia la parte roja del espectro (debido a un fenómeno conocido como efecto Doppler).

Midiendo este desplazamiento hacia el rojo, los astrofísicos pueden calcular la velocidad a la que se alejan las galaxias y de este modo inferir la constante de Hubble. Llamada así en honor de Edwin Hubble, quien en 1929 descubrió que el universo efectivamente se expande, este número describe la velocidad a la que dos puntos cualesquiera se separan en el tejido del espacio-tiempo. En 1998 las observaciones de supernovas lejanas demostraron que la velocidad de expansión del universo no sólo no se está reduciendo, sino que se incrementa, lo cual dejó a los científicos perplejos.

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DESPUÉS DE UNOS CUANTOS MILES DE ITERACIONES, EL UNIVERSO SIMULADO DEBERÍA PARECERSE A AQUEL EN EL QUE VIVIMOS

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Ya en 1917, Albert Einstein concibió una solución a este enigma. Se dio cuenta de que si la atracción de la materia prevaleciera en el universo, éste finalmente se colapsaría sobre sí mismo. Así que postuló una cantidad hipotética, la constante cosmológica, de modo que hubiera algo que tirara en contra de la gravedad y mantuviera el universo estable. Aunque Einstein después rechazó su constante cosmológica, llegándola a calificar como el mayor error de su vida, los teóricos ahora recurren a una entidad similar (la energía oscura) para explicar la cada vez más veloz expansión del universo.

Esta energía oscura, cuya mera existencia todavía desconcierta a muchos físicos, lo repele todo, incluido ella misma, y por tanto no puede agruparse. Por el contrario, se extiende como una especie de neblina y empuja al universo contra sus límites exteriores. La verdadera naturaleza de esta energía oscura es, si acaso, aún más esquiva que la de la propia materia oscura.

Los astrónomos recurren a una analogía bidimensional para explicar el desarrollo de este equilibrio entre expansión y agrupamiento. Imaginemos unas hormigas que viven sobre un globo que se infla constantemente. Por mucho que quisieran juntarse todas, lo único que podrían conseguir es congregarse unas cuantas en distintos puntos repartidos alrededor del globo. En otras palabras, la atracción gravitatoria sigue haciendo que la materia se una, a pesar de la repulsión de la energía oscura, pero dejando grandes espacios vacíos en los cuales la densidad de materia es extremadamente baja.

En la simulación del Consorcio Virgo, el universo virtual, contenido en un cubo, aumenta de tamaño mil veces, hasta que alcanza más de dos billones de años luz de lado [ver ilustración, “El Cosmos en un cubo”]. La tasa de expansión actual está dictada por la constante de Hubble, cuyo valor exacto pudo ser determinado por los científicos a partir de las últimas observaciones. Al final, la simulación produce un cubo virtual lo suficientemente grande como para acoger las enormes estructuras cósmicas que existen en el universo y con suficiente detalle como para que se pueda observar la formación de la tela de araña. Al menos, eso es lo que se espera.

En un maravillosamente soleado día festivo, el Instituto de Astrofísica Max Plank está prácticamente vacío. Sólo unos cuantos científicos acomplejados se escabullen entre las oficinas, visiblemente avergonzados de ser vistos trabajando en un día tan bonito. Uno de ellos es el astrofísico Volker Springel, el investigador que diseñó la mayor parte del algoritmo que pone la masa del universo virtual en movimiento. El programa que él y sus colegas diseñaron calcula las interacciones gravitacionales entre los 10 billones de puntos de masa de la simulación y sigue la pista de los desplazamientos que éstas provocan. Este proceso se repite una y otra vez, durante las miles de iteraciones de la simulación. Pero lo que parecía ser un simple cálculo repetitivo se convirtió en una pesadilla a la hora de la programación.

Al contrario que otras fuerzas, como la fuerza fuerte que une los quarks entre sí para formar protones o neutrones y que no se extiende más allá de los núcleos atómicos, la fuerza gravitatoria nunca se deja de sentir completamente, independientemente de cuán lejanos se encuentren dos cuerpos en el espacio. La simulación, por tanto, tendría que calcular la fuerza gravitatoria de cada punto de masa con todos los demás. Así, tendría que elegir cada uno de los puntos y calcular la interacción gravitacional con los otros 9.999.999, incluso con aquellos que se encuentren en la otra punta del universo. Después, el programa cogería el siguiente punto y volvería a hacer lo mismo, repitiendo el proceso con cada punto. Al final, el número de interacciones gravitacionales a calcular sería de 100 millones de trillones (1 seguido de 20 ceros), y eso sólo para una iteración de la simulación. Si se dejara correr el programa a través de los miles de iteraciones que necesita la simulación, la supercomputadora del Consorcio Virgo tendría que estar funcionando ininterrumpidamente unos 60.000 años.

Esta barrera computacional es conocida como el cuello de botella n2 (n² bottleneck). En términos generales, para saber cómo un conjunto de n puntos interactúa gravitacionalmente, habría que computar un total de n(n-1) interacciones, o aproximadamente n² cuando n es un número elevado. Para superar esta barrera, los chicos del Consorcio Virgo se sirvieron de algunos trucos.

Primero, los investigadores dividieron el cubo simulado en varios millones de cubos de menor tamaño. Durante los cálculos gravitacionales, se suman las masas de los puntos que contiene cada cubo. De este modo, en vez de calcular, digamos, mil interacciones gravitacionales ente una partícula y otras mil contenidas en uno de estos cubos, la simulación usa un algoritmo que realiza un único cálculo si todas esas partículas se encuentran dentro del mismo volumen, es decir, como si hubiera un único punto con una masa igual a la suma de esos mil puntos. Para aquellos puntos que están muy alejados, esta aproximación no introduce errores demasiado grandes, al tiempo que se incrementa la rapidez de los cálculos considerablemente.

Sin embargo, este enfoque no funciona bien a distancias cortas, porque distorsiona los efectos de relativamente pequeños cúmulos de materia. En otras palabras, la simulación pierde en resolución, y los investigadores podrían pasar por alto detalles importantes. Por tanto, Springel desarrolló un nuevo software llamado algoritmo en árbol para simplificar y acelerar los cálculos para estas interacciones a corta distancia. Pensemos en los 10 billones de puntos como las hojas de un árbol. Ocho de esas hojas se unen a un tallo, el tallo a una rama, y así sucesivamente hasta llegar al tronco. Para evaluar la fuerza resultante en un determinado punto, el programa escala el árbol desde la raíz, sumando las contribuciones de las ramas y tallos que encuentra hasta llegar a la hoja individual.

Este truco reduce el número de cálculos necesarios desde un incomputable n² a otro mucho más manejable de n log₁₀n, según Springel, que combinó los dos algoritmos en un único programa. Con semejantes atajos en los cálculos, indica, la “Simulación del Milenio”, como la conoce, tardó únicamente 26 días en ejecutarse en el superordenador del Instituto Max Planck. Arrojó 20 terabytes de datos en 64 instantáneas del universo virtual, desde su nacimiento a su estado actual.

Una total oscuridad reinaba en el universo en una edad oscura cósmica que comenzó unos pocos millones de años después del Big Bang y duró cientos de millones de años. El universo se estaba expandiendo y enfriando, y la materia se agrupaba en las gigantescas hebras y nódulos de la tela de araña cósmica. No existían estrellas que iluminaran el cosmos.

Después, el nacimiento de las primeras estrellas y galaxias anunció una nueva fase, en la cual todo un nuevo abanico de átomos pesados nacieron y con ellos nuevos objetos celestes que se multiplicaron por todos los rincones del cosmos, como los planetas, que albergarían a los seres humanos que se maravillarían de todo esto.

Durante muchas décadas, los astrofísicos han estado construyendo una imagen de cómo se desarrollaron estos eventos. La gravedad comprime la materia oscura y la ordinaria, en ese momento en forma de hidrógeno y un poco de helio, en una densa masa en un nódulo en la tela de araña cósmica. Esta nube de gas y materia oscura no está quieta, sino en constante movimiento. Dado que la materia oscura no presenta interacciones electromagnéticas, no produce radiación y por tanto retiene su energía cinética. Pero la materia normal (hidrógeno y otras partículas) irradia parte de esta energía, y cede al tirón de la gravedad. Se deposita en el centro del conglomerado, moviéndose en círculos cada vez más pequeños, como agua precipitándose por el desagüe de una bañera.

El momento angular da al gas forma de espiral. Cuando es lo suficientemente densa, las estrellas comienzan a formarse; los núcleos de hidrógeno empiezan a fusionarse, creándose helio y otros elementos más pesados y emitiendo luz. Esto explicaría que nuestras galaxias recién formadas, con forma de espiral y adornadas por luminosas estrellas, y con un radio de unos 10.000 años luz, estén incrustadas dentro de un halo de materia oscura mucho más grande. Nuestra Vía Láctea, por ejemplo, tiene un disco espiral de unos 50.000 años luz de radio rodeado por un halo esférico de materia oscura con un radio 10 veces mayor.

La gravedad seguía acercando los nuevos agregados cósmicos más y más cerca, de modo que las galaxias recién nacidas chocaban unas contra otras. Algunos astrofísicos piensan que las galaxias más grandes, con su gran variedad de formas, se formaron como resultado de colisiones. Pese a que la mayor parte de las estrellas de las galaxias que chocan se cruzan sin llegar a tocarse, la gravedad las obliga a salirse fuera de sus espirales hacia orbitas caóticas, surgiendo así galaxias irregulares.

Finalmente, las galaxias se funden entre sí completamente, y las órbitas de las estrellas que contienen se alinean hasta que constituyen una galaxia nueva de una forma perfectamente espiral. El hidrógeno que flota libre en ambas galaxias adquiere energía en la colisión, que con el tiempo irá irradiando, y al hacerlo se irá precipitando hacia el centro de la galaxia para formar un nuevo disco alrededor del núcleo elíptico.

Así, las colisiones pueden provocar el surgimiento de grandes galaxias espirales con abultamientos en el centro. La Vía Láctea tiene uno de estos abultamientos, y en él se encuentran algunas estrellas muy antiguas, de unos 10.000 millones de años. Casi con total seguridad resultó de una o más colisiones hace más o menos 8.000 millones de años. Los bonitos brazos espirales, donde se encuentra nuestro Sol, son una adquisición relativamente reciente. La mayor parte de las estrellas que contienen nacieron hace sólo unos pocos miles de millones de años.

Esa es precisamente el tipo de historia que los astrofísicos del Consorcio Virgo esperan ver desarrollarse en su simulación. La recientemente completada Simulación del Milenio les dio la distribución de materia del universo a gran escala según dicta la gravedad. En posteriores simulaciones, otras fuerzas entrarán en juego. Sobre la tela de araña de materia, los científicos incluirán las propiedades electromagnéticas de la materia ordinaria, que mediante la irradiación de protones permite al gas enfriarse y condensarse hasta formar los discos espirales que permiten la formación de estrellas. Al mismo tiempo, la presión hidrodinámica, que deriva en última instancia del hecho de que dos átomos no pueden unirse entre sí debido a la repulsión entre sus electrones, redistribuye la materia a lo largo de los filamentos y nódulos de la tela de araña cósmica.

Si todo va bien, la tela de araña cósmica aparecerá iluminada, poblada por galaxias espirales, elípticas e irregulares, así como nebulosas, estrellas y cúmulos de estrellas. Las estrellas y las supernovas, las espectaculares explosiones por las cuales muchas estrellas mueren, formarán nuevos elementos más pesados, como el oxígeno y el carbono, y devolverán energía al gas circundante. Estos efectos combinados deberían llevar a galaxias con la apariencia de las que vemos hoy día. Y como las galaxias se mueven, colisionarán y se reconstituirán. Poco a poco, la tela de araña cósmica irá siendo poblada por galaxias de varias formas y tamaños, cada una con un vecindario que se corresponderá con su historia.

Después de unos cuantos miles de iteraciones, el universo debería parecerse a aquel en que vivimos, con la asombrosa diversidad de formas y densidades que la materia presenta. “La idea es hacer un pequeño número de suposiciones respaldadas por nuestro conocimiento de la física, y ver cuán cerca estamos del universo que observamos”, nos dice el miembro del grupo Virgo John A. Peacock, profesor de cosmología de la Universidad de Edimburgo, en el Reino Unido.

Los científicos de Virgo esperan que su simulación sea lo suficientemente detallada como para ser estadísticamente representativa del universo real. Esto significa que aunque no sean capaces de señalar una galaxia y decir “esta es la Vía Láctea”, podrán sondear su universo virtual y encontrar una parte de él que se parezca. Entonces serán capaces de trazar el recorrido de esta sección hacia atrás y aprender acerca de cómo la Vía Láctea llegó a ser como es hoy.

Simulaciones como esta ayudarán a los astrónomos a refinar sus teorías, las cuales, como todas las teorías, tratan de representar la realidad con precisión. Las diferencias entre la realidad y el universo simulado significarán que el conocimiento científico sobre la formación de estrellas y galaxias no es suficientemente bueno, o tal vez que ha habido errores en la interpretación de los datos hecha por los observadores. Las discusiones resultantes permitirán a los científicos refinar continuamente tanto el universo virtual como las estrategias de observación usadas con los telescopios reales.

Durante milenios, los seres humanos han contemplado los cielos, tratando de descifrar los misterios celestiales. Desde Tolomeo y Aristóteles en la antigua Grecia hasta Einstein y Hubble, aquellos que observan las estrellas han ido elaborando modelos del universo cada vez más elaborados. Pero como se está viendo, la generación actual de astrónomos se está enfrentando a problemas que no se pueden resolver formulando unas cuantas ecuaciones en un papel o mirando a través de telescopios.

Se han hecho impresionantes avances con sus teorías cosmológicas, pero muchas cuestiones fundamentales permanecen sin respuesta. ¿Cuándo nacieron las primeras estrellas? ¿Cuánta materia oscura hay ahí fuera, exactamente? ¿Qué hay en los enormes vacíos de la tela de araña cósmica? Los superordenadores pueden darnos la largamente anhelada respuesta a algunas de estas preguntas.

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Este trabajo ha sido traducido por César Chas para:

Fuente noticia: Spectrum Online, la publicación cibernética oficial del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos o IEEE