Magneticum Pathfinder: La evolución del universo con una gran precisión

Dentro de la cosmología moderna, el Big Bang marca el comienzo del universo y la creación de la materia, el espacio y el tiempo hace unos 13,8 millones de años. Desde entonces, las estructuras visibles del cosmos han desarrollado: miles de millones de galaxias que se unen de gas, polvo, estrellas y planetas con gravedad y albergan agujeros negros supermasivos en sus centros. Pero, ¿cómo podrían estas estructuras visibles formarse a partir de las condiciones iniciales del universo?

Para responder a esta pregunta, los astrofísicos teóricos han realizado simulaciones cosmológicas. Transforman sus conocimientos acerca de los procesos físicos que forman nuestro universo en modelos matemáticos y simulan la evolución de nuestro universo en equipos de alto rendimiento durante miles de millones de años.

Un grupo de astrofísicos teóricos de la LMU liderado por Klaus Dolag tiene ahora, como parte del proyecto Magneticum Pathfinder, realizar una nueva simulación hidrodinámica, única para determinar la distribución a gran escala de la materia visible del universo. Los resultados más recientes en relación con los tres ingredientes cósmicos más importantes del universo se tienen en cuenta: la energía oscura, la materia oscura y la materia visible.

Los científicos incorporaron una variedad de procesos físicos en los cálculos, incluyendo tres que se consideran de especial importancia para el desarrollo del universo visible: en primer lugar, la condensación de la materia en estrellas, en segundo lugar, su evolución posterior cuando la materia circundante se calentó por vientos estelares y explosiones de supernovas y enriquecida con elementos químicos, y en tercer lugar, los agujeros negros supermasivos que expulsaron grandes cantidades de energía en el universo.

La simulación más completa cubre el área espacial de un cubo con un tamaño de la caja de 12,5 mil millones de años luz. Esta tremenda gran parte del universo nunca fue parte de una simulación antes. Se divide en un número nunca antes alcanzado de 180 mil millones de elementos de resolución, cada uno representando las propiedades detalladas del universo y que contiene alrededor de 500 bytes de información.

Por primera vez, estas numerosas características hacen posible la comparación de una simulación cosmológica en detalle con estudios astronómicos de gran escala. Investigaciones astronómicas desde telescopios espaciales como Planck o Hubble observan un gran segmento del universo visible mientras simulaciones sofisticadas que hasta ahora sólo podían modelar muy pequeñas partes del universo, haciendo una comparación directa prácticamente imposible. Por lo tanto, Magneticum Pathfinder marca el comienzo de una nueva era en la cosmología basada en la computación.

Este logro es precedido por diez años de investigación y desarrollo, acompañado de expertos del Centro de Supercomputación de Leibniz (LRZ) de la Academia Bávara de Ciencias, uno de los más poderosos centros de computación científica en Europa. “Uno de los mayores desafío para un problema tan complejo es encontrar el equilibrio adecuado entre la optimización del código de simulación y el desarrollo de la modelización astrofísica”, explica Klaus Dolag. “Mientras que el código necesita permanentemente ajustarse a las nuevas tecnologías y el nuevo hardware, los modelos subyacentes deben mejorarse mediante la inclusión de mejores o adicionales descripciones de los procesos físicos que forman nuestro universo visible.”

En general, la simulación Magneticum Pathfinder utilizó todos los 86.016 núcleos de computación y la memoria principal utilizable completa, 155 de un total de 194 terabytes, de la fase de expansión “Fase 2” del SuperMUC que se puso en marcha recientemente. Toda la simulación requirió un total de 25 millones de horas de CPU y generó 320 terabytes de datos científicos.

Estos datos están ahora disponibles para los investigadores interesados ​​en todo el mundo. Los astrofísicos con sede en Munich ya están participando en otros proyectos: entre otros, Klaus Dolag actualmente está colaborando con científicos de la colaboración Planck para comparar observaciones del satélite Planck con los cálculos de Magneticum Pathfinder.

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Un comentario sobre “Magneticum Pathfinder: La evolución del universo con una gran precisión

  • el octubre 22, 2015 a las 8:07 pm
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    Hola, solo decir que se estima que el Big Bang se produjo 13.800 millones de años en lugar de 13.8 millones. Un saludo y enhorabuena por el trabajo.

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