Los investigadores crean la simulación más detallada del universo jamás realizada
Compuesto que combina la temperatura del gas (como el color) y el número de mach de choque (como el brillo). El rojo indica 10 millones de Kelvin gas en los centros de cúmulos de galaxias masivas, mientras que las estructuras brillantes muestran gas difuso desde el medio de calentamiento intergaláctico de choque en el límite entre huecos cósmicos y filamentos. Crédito de la imagen: Illustris Team
Por Matt Williams, para Universe Today Marzo 23 de 2018
Desde tiempos inmemoriales, los filósofos y los eruditos han tratado de determinar cómo comenzó la existencia. Con el nacimiento de la astronomía moderna, esta tradición ha continuado y ha dado lugar al campo conocido como cosmología. Y con la ayuda de la supercomputación, los científicos pueden realizar simulaciones que muestran cómo las primeras estrellas y galaxias se formaron en nuestro Universo y evolucionaron a lo largo de miles de millones de años.
Hasta hace poco, el estudio más extenso y completo fue la simulación "Illustris", que analizó el proceso de formación de galaxias en el transcurso de los últimos 13 mil millones de años. Buscando romper su propio récord, el mismo equipo recientemente comenzó a realizar una simulación conocida como "Illustris, The Next Generation" o "IllustrisTNG". La primera ronda de estos hallazgos fue lanzada recientemente, y se espera que sigan varios más.
Estos hallazgos aparecieron en tres artículos publicados recientemente en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. El equipo de Illustris está formado por investigadores del Instituto de Heidelberg para Estudios Teóricos , los Institutos Max-Planck de Astrofísica y Astronomía , el Instituto de Tecnología de Massachusetts , la Universidad de Harvard y el Centro de Astrofísica Computacional en Nueva York.
Esta ilustración muestra la evolución del Universo, desde el Big Bang a la izquierda hasta los tiempos modernos a la derecha. Crédito de la imagen: NASA
Utilizando la supercomputadora Hazel Hen en el High-Performance Computing Center Stuttgart ( HLRS), una de las tres instalaciones alemanas de supercomputación de primer nivel que componen el Centro de Supercomputación Gauss (GCS), el equipo realizó una simulación que ayudará a verificar y expandir en el conocimiento experimental existente sobre las etapas más tempranas del Universo, es decir, lo que sucedió desde 300,000 años después del Big Bang hasta el presente.
Para crear esta simulación, el equipo combinó ecuaciones (como la teoría de la relatividad general ) y datos de observaciones modernas en un cubo computacional masivo que representaba una gran sección transversal del universo. Para algunos procesos, como la formación de estrellas y el crecimiento de agujeros negros, los investigadores se vieron obligados a confiar en suposiciones basadas en observaciones. Luego emplearon modelos numéricos para establecer este Universo simulado en movimiento.
En comparación con su simulación anterior, IllustrisTNG consistía en 3 universos diferentes con tres resoluciones diferentes: la mayor de ellas medía 1 mil millones de años luz (300 megaparsecs). Además, el equipo de investigación incluyó una contabilidad más precisa de los campos magnéticos, mejorando así la precisión. En total, la simulación utilizó 24,000 núcleos en la supercomputadora Hazel Hen por un total de 35 millones de horas centrales.
Como explicó el Prof. Dr. Volker Springel, profesor e investigador del Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg e investigador principal del proyecto, en un comunicado de prensa del Gauss Center:
Cartel de descripción de simulación de Illustris. Muestra los campos de densidad de gas y materia oscura a gran escala en proyección (superior / inferior). Crédito de la imagen: Proyecto Illustris
Otra diferencia importante fue la inclusión de la física actualizada de agujeros negros basada en campañas de observación recientes. Esto incluye evidencia que demuestra una correlación entre los agujeros negros supermasivos (SMBH) y la evolución galáctica. En esencia, se sabe que los SMBH emiten una enorme cantidad de energía en forma de radiación y chorros de partículas, que pueden tener un efecto deslumbrante en la formación de estrellas en una galaxia.
Si bien los investigadores ciertamente fueron conscientes de este proceso durante la primera simulación, no tuvieron en cuenta cómo puede detener por completo la formación de estrellas. Al incluir datos actualizados sobre los campos magnéticos y la física del agujero negro en la simulación, el equipo observó una mayor correlación entre los datos y las observaciones. Por lo tanto, confían más en los resultados y creen que representan la simulación más precisa hasta la fecha.
Pero como explicó el Dr. Dylan Nelson, físico del Instituto Max Planck de Astronomía y miembro de llustricTNG, es probable que las simulaciones futuras sean aún más precisas, suponiendo que continúen los avances en las supercomputadoras:
La densidad del gas (izquierda) y la intensidad del campo magnético (derecha) se centraron en el cúmulo de galaxias más masivo. Crédito de la imagen: Illustris Team
Esta última simulación también fue posible gracias al amplio apoyo brindado por el personal de GCS, que ayudó al equipo de investigación en cuestiones relacionadas con su codificación. También fue el resultado de un esfuerzo masivo de colaboración que reunió a investigadores de todo el mundo y los unió con los recursos que necesitaban. Por último, pero no menos importante, muestra cómo la mayor colaboración entre la investigación aplicada y la investigación teórica conduce a mejores resultados.
De cara al futuro, el equipo espera que los resultados de esta última simulación sean aún más útiles que el anterior. El lanzamiento de datos original de Illustris ganó más de 2,000 usuarios registrados y resultó en la publicación de 130 estudios científicos. Dado que este es más preciso y actualizado, el equipo espera que encuentre más usuarios y resulte en una investigación más innovadora.
¿Quién sabe? Quizás algún día, podamos crear una simulación que capte la formación y evolución de nuestro Universo con total precisión. Mientras tanto, asegúrese de disfrutar de este video de la primera simulación de Illustris, cortesía del miembro del equipo y físico del MIT Mark Vogelsberger:
Compuesto que combina la temperatura del gas (como el color) y el número de mach de choque (como el brillo). El rojo indica 10 millones de Kelvin gas en los centros de cúmulos de galaxias masivas, mientras que las estructuras brillantes muestran gas difuso desde el medio de calentamiento intergaláctico de choque en el límite entre huecos cósmicos y filamentos. Crédito de la imagen: Illustris Team
Por Matt Williams, para Universe Today Marzo 23 de 2018
Desde tiempos inmemoriales, los filósofos y los eruditos han tratado de determinar cómo comenzó la existencia. Con el nacimiento de la astronomía moderna, esta tradición ha continuado y ha dado lugar al campo conocido como cosmología. Y con la ayuda de la supercomputación, los científicos pueden realizar simulaciones que muestran cómo las primeras estrellas y galaxias se formaron en nuestro Universo y evolucionaron a lo largo de miles de millones de años.
Hasta hace poco, el estudio más extenso y completo fue la simulación "Illustris", que analizó el proceso de formación de galaxias en el transcurso de los últimos 13 mil millones de años. Buscando romper su propio récord, el mismo equipo recientemente comenzó a realizar una simulación conocida como "Illustris, The Next Generation" o "IllustrisTNG". La primera ronda de estos hallazgos fue lanzada recientemente, y se espera que sigan varios más.
Estos hallazgos aparecieron en tres artículos publicados recientemente en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. El equipo de Illustris está formado por investigadores del Instituto de Heidelberg para Estudios Teóricos , los Institutos Max-Planck de Astrofísica y Astronomía , el Instituto de Tecnología de Massachusetts , la Universidad de Harvard y el Centro de Astrofísica Computacional en Nueva York.
Esta ilustración muestra la evolución del Universo, desde el Big Bang a la izquierda hasta los tiempos modernos a la derecha. Crédito de la imagen: NASA
Utilizando la supercomputadora Hazel Hen en el High-Performance Computing Center Stuttgart ( HLRS), una de las tres instalaciones alemanas de supercomputación de primer nivel que componen el Centro de Supercomputación Gauss (GCS), el equipo realizó una simulación que ayudará a verificar y expandir en el conocimiento experimental existente sobre las etapas más tempranas del Universo, es decir, lo que sucedió desde 300,000 años después del Big Bang hasta el presente.
Para crear esta simulación, el equipo combinó ecuaciones (como la teoría de la relatividad general ) y datos de observaciones modernas en un cubo computacional masivo que representaba una gran sección transversal del universo. Para algunos procesos, como la formación de estrellas y el crecimiento de agujeros negros, los investigadores se vieron obligados a confiar en suposiciones basadas en observaciones. Luego emplearon modelos numéricos para establecer este Universo simulado en movimiento.
En comparación con su simulación anterior, IllustrisTNG consistía en 3 universos diferentes con tres resoluciones diferentes: la mayor de ellas medía 1 mil millones de años luz (300 megaparsecs). Además, el equipo de investigación incluyó una contabilidad más precisa de los campos magnéticos, mejorando así la precisión. En total, la simulación utilizó 24,000 núcleos en la supercomputadora Hazel Hen por un total de 35 millones de horas centrales.
Como explicó el Prof. Dr. Volker Springel, profesor e investigador del Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg e investigador principal del proyecto, en un comunicado de prensa del Gauss Center:
"Los campos magnéticos son interesantes por una variedad de razones. La presión magnética ejercida sobre el gas cósmico puede ocasionalmente ser igual a la presión térmica (temperatura), lo que significa que si descuida esto, perderá estos efectos y finalmente comprometerá sus resultados ".
Cartel de descripción de simulación de Illustris. Muestra los campos de densidad de gas y materia oscura a gran escala en proyección (superior / inferior). Crédito de la imagen: Proyecto Illustris
Otra diferencia importante fue la inclusión de la física actualizada de agujeros negros basada en campañas de observación recientes. Esto incluye evidencia que demuestra una correlación entre los agujeros negros supermasivos (SMBH) y la evolución galáctica. En esencia, se sabe que los SMBH emiten una enorme cantidad de energía en forma de radiación y chorros de partículas, que pueden tener un efecto deslumbrante en la formación de estrellas en una galaxia.
Si bien los investigadores ciertamente fueron conscientes de este proceso durante la primera simulación, no tuvieron en cuenta cómo puede detener por completo la formación de estrellas. Al incluir datos actualizados sobre los campos magnéticos y la física del agujero negro en la simulación, el equipo observó una mayor correlación entre los datos y las observaciones. Por lo tanto, confían más en los resultados y creen que representan la simulación más precisa hasta la fecha.
Pero como explicó el Dr. Dylan Nelson, físico del Instituto Max Planck de Astronomía y miembro de llustricTNG, es probable que las simulaciones futuras sean aún más precisas, suponiendo que continúen los avances en las supercomputadoras:
"El aumento de la memoria y los recursos de procesamiento en los sistemas de próxima generación nos permitirán simular grandes volúmenes del universo con mayor resolución. Los grandes volúmenes son importantes para la cosmología, comprenden la estructura a gran escala del universo y hacen predicciones firmes para la próxima generación de grandes proyectos de observación. La alta resolución es importante para mejorar nuestros modelos físicos de los procesos que ocurren dentro de las galaxias individuales en nuestra simulación ".
La densidad del gas (izquierda) y la intensidad del campo magnético (derecha) se centraron en el cúmulo de galaxias más masivo. Crédito de la imagen: Illustris Team
Esta última simulación también fue posible gracias al amplio apoyo brindado por el personal de GCS, que ayudó al equipo de investigación en cuestiones relacionadas con su codificación. También fue el resultado de un esfuerzo masivo de colaboración que reunió a investigadores de todo el mundo y los unió con los recursos que necesitaban. Por último, pero no menos importante, muestra cómo la mayor colaboración entre la investigación aplicada y la investigación teórica conduce a mejores resultados.
De cara al futuro, el equipo espera que los resultados de esta última simulación sean aún más útiles que el anterior. El lanzamiento de datos original de Illustris ganó más de 2,000 usuarios registrados y resultó en la publicación de 130 estudios científicos. Dado que este es más preciso y actualizado, el equipo espera que encuentre más usuarios y resulte en una investigación más innovadora.
¿Quién sabe? Quizás algún día, podamos crear una simulación que capte la formación y evolución de nuestro Universo con total precisión. Mientras tanto, asegúrese de disfrutar de este video de la primera simulación de Illustris, cortesía del miembro del equipo y físico del MIT Mark Vogelsberger: