Para encontrar cosas raras e invisibles, los científicos "criaron" 8 millones de universos bebés

Esta imagen de campo profundo del Hubble contiene muchas galaxias enanas distantes que están produciendo estrellas a un ritmo extremadamente alto. NASA, ESA, el equipo GOODS y M. Giavalisco (STScI/Universidad de Massachusetts)

Recientemente, algunos científicos han cultivado 8 millones de universos bebés en supercomputadoras, los han observado, estudiado y comprendido, observándolos. "crecer" poco a poco. El objetivo de esto es comprender qué papel juega la posible "materia oscura" en el universo y qué significa para el destino de la humanidad.

En la década de 1960, los astrónomos descubrieron que la mayor parte de la masa del universo no es visible para nosotros, por lo que denominaron a esta masa invisible "materia oscura". Desde entonces, los científicos han estado especulando sobre el papel que desempeñan estos materiales invisibles en la formación de galaxias y la capacidad de las galaxias para producir estrellas.

Según la teoría del Big Bang, poco después del nacimiento del universo, la "materia oscura" invisible comenzó a formar enormes "nubes" bajo la influencia de la gravedad. A medida que estas "nubes", llamadas "halos de materia oscura", crecieron, el hidrógeno del espacio circundante comenzó a unirse para formar las estrellas y galaxias que vemos hoy. En esta teoría, la materia oscura es como el esqueleto de las galaxias y controla la formación, fusión y evolución de las galaxias.

El cielo profundo ultravioleta del Hubble en el cielo del sur. ESA/Hubble & NASA

Para comprender mejor el papel de la materia oscura, Peter Behroozi y otros de la Universidad de Arizona utilizaron una supercomputadora con 2.000 procesadores sin parar durante 3 semanas, analizando 800 miles de diferentes Se simularon universos. Cada uno de estos universos tiene un conjunto único de reglas. Los investigadores esperan utilizar este método para comprender la relación entre la materia oscura y la evolución de las galaxias.

Behroozi dijo que podemos "crear" muchos universos diferentes en el ordenador y comparar las características de estos universos con nuestro universo real para comprender qué reglas gobiernan nuestro universo formado.

Los programas informáticos crean continuamente millones de universos en un entorno virtual, cada uno de los cuales contiene 12 millones de galaxias. Evolucionan en el ordenador y el proceso de evolución desde 400 millones de años después del Big Bang hasta hoy se presenta intuitivamente ante nuestros ojos.

Risa Wechsler, profesora de física y astrofísica de la Universidad de Stanford que participó en la investigación, dijo que la pregunta más importante de todas es: ¿cómo se forman las galaxias? La parte más fascinante de este proyecto es que podemos combinar todos los datos que tenemos relacionados con la evolución de las galaxias, como el número de galaxias, el número de estrellas en las galaxias y el mecanismo de formación de estrellas, para combinar el pasado. Se ha restaurado la imagen completa de nuestro universo a lo largo de 13 mil millones de años.

La realización de una simulación de este tipo requiere sin duda el apoyo de una potencia informática extremadamente potente. La potencia informática necesaria para simular una sola galaxia equivale a combinar todas las computadoras del mundo y hacerlas funcionar de forma continua durante 100 años. Para evitar tener que esperar tanto, los investigadores simplificaron sus simulaciones utilizando sólo dos propiedades clave de las galaxias: la masa total de las estrellas en la galaxia y la tasa de producción de estrellas de la galaxia.

En la simulación, el programa informático también introducirá algunas conjeturas razonables, como la relación entre la tasa de producción de estrellas de la galaxia y la edad de la galaxia, así como la influencia entre galaxias y entre galaxias. y halos de materia oscura. Los resultados de la simulación de todos estos universos se comparan con el universo real y los parámetros físicos se ajustan en un proceso iterativo para hacerlos más consistentes con la realidad. Mediante este método, lo que obtenemos es un universo simulado que es casi exactamente igual al nuestro.

Según Wechsler, en este universo, la tasa de producción de estrellas de cada galaxia está estrechamente relacionada con la masa del halo de materia oscura. Las galaxias con halos de materia oscura tan masivos como el halo de materia oscura de la Vía Láctea tienen las tasas de producción de estrellas más altas. Explica que si las galaxias son más masivas, su tasa de producción de estrellas se verá limitada por la presencia de más agujeros negros en la galaxia.

Los resultados experimentales también han llevado a los investigadores a cuestionar si la creencia arraigada de que la tasa de producción de estrellas en el universo temprano estaba controlada por la materia oscura es confiable.

Generalmente se cree que cuanto más temprano en el tiempo, mayor será la densidad de la materia oscura en el universo y mayor será la temperatura del gas. Esto es perjudicial para la producción de estrellas. Así, en muchas galaxias del universo primitivo, la producción de estrellas se detuvo muy pronto. Pero los resultados de la simulación muestran exactamente lo contrario: las galaxias tienden a tener tasas de producción de estrellas más altas.

En el futuro, los científicos utilizarán este simulador para examinar más formas en las que la materia oscura afecta las propiedades de las galaxias, incluido el impacto de la materia oscura en la evolución morfológica de las galaxias, su relación con la masa total de agujeros negros en galaxias, y su relación con supernovas en galaxias, relación con tasas de producción, etc.

La evolución de las galaxias espirales. NASA, ESA, P. van Dokkum (Universidad de Yale), S. Patel (Universidad de Leiden) y el equipo 3D-HST

Wechsler dijeron que lo más emocionante para los investigadores es que ahora tienen una marco eficaz en el que plantear sus preguntas y buscar respuestas. Este es un modelo computacional completo que permite una interpretación rápida del universo.

Los resultados de la investigación de estos científicos fueron publicados en el reciente "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society".

[Referencia] UNIVERSEMACHINE: La correlación entre el crecimiento de galaxias y el ensamblaje del halo de materia oscura desde z = 0?10 /mnras/article/488/3/3143/5484868