Re-simulaciones hidrodinámicas para inferencias cosmológicas
Re-simulaciones hidrodinámicas para inferencias cosmológicas
Nombre organización: Donostia international Physics Center (DIPC)
Otras organizaciones participantes: Red Española de Supercomputación (RES) y EuroCC Spain.
Área: Academia.
RETO
Poco después del Big Bang, el Universo era extremadamente caliente y homogéneo, con mínimas fluctuaciones de densidad. A medida que se expandió y enfrió, la gravedad agrupó la materia, lo que dio lugar a la formación de estrellas y galaxias.
Reproducir este proceso mediante simulaciones por supercomputador permite estudiar cómo surge la complejidad cósmica. Sin embargo, estas simulaciones requieren simplificaciones de las leyes físicas, y no existe una única manera de realizarlas.
El proyecto se planteó dos grandes desafíos:
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Realizar simulaciones de formación de galaxias de vanguardia para distinguir cuáles generan un “Universo razonable” y cuáles no.
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Analizar cómo la variación de parámetros físicos, como la energía emitida por supernovas o por agujeros negros supermasivos, afecta a la formación y evolución de las galaxias.
El desafío radica en comprender cómo se comportan las moléculas de agua sobre este material, especialmente en zonas defectivas o en los bordes del cristal, donde se concentran las reacciones químicas más relevantes.
SOLUCIÓN
El equipo liderado por Raúl Angulo y Francisco Maion utilizó el superordenador MareNostrum5 GPP del Barcelona Supercomputing Center para llevar a cabo simulaciones cosmológicas hidrodinámicas avanzadas.
En particular, se estudiaron diferentes modelos de feedback (retroalimentación energética) variando parámetros como:
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La cantidad de energía liberada por las supernovas en un intervalo de tiempo.
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La energía emitida por el acrecimiento de agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias.
Estas simulaciones permitieron observar el impacto de los distintos niveles de feedback sobre la densidad de materia oscura, la distribución de gas y la formación estelar.
Beneficio
Los resultados mostraron que:
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Con alto feedback, gran parte de la materia se expulsa y apenas se forman estrellas y galaxias.
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Con bajo feedback, la materia oscura logra atraer gas, generando un número elevado de estrellas y galaxias.
Sin embargo, ninguna combinación de parámetros consiguió reproducir a la vez el gran número de galaxias observadas y la expulsión masiva de gas desde sus pozos gravitatorios. Esto sugiere que deben incluirse procesos físicos adicionales para obtener modelos más realistas del Universo.
Este trabajo proporciona información clave para perfeccionar las simulaciones cosmológicas y avanzar en la comprensión de la evolución del cosmos.
Sobre la empresa
El Donostia International Physics Center (DIPC) es un centro de investigación de excelencia en física fundamental, con fuerte proyección internacional. Bajo el liderazgo de Raúl Angulo y Francisco Maion, el equipo combina teoría, observación y simulaciones de alto rendimiento para explorar el origen y la evolución del Universo. La colaboración con la RES, el BSC y EuroCC Spain les permite desarrollar modelos cosmológicos de última generación que contribuyen tanto a la investigación básica como a la validación de teorías físicas de frontera.