El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha realizado un vídeo de 4 minutos en el que se simula la formación y evolución de un cúmulo de galaxias. Esta simulación ha sido posible gracias a la capacidad de cálculo del superordenador Teide-HPC.

Para la realización de esta simulación se han necesitado dos semanas de tiempo de ejecución y 128 CPU trabajando en paralelo, lo que equivale a 43.000 horas de cálculo. Sin embargo, éste es solo el primer paso de una simulación más completa que tiene previsto utilizar 4.000 CPU durante 1.500 horas, es decir, seis millones de horas de cálculo. “Para la futura simulación, se modelarán los complejos sistemas de retroalimentación en la formación de estrellas, las explosiones de supernovas y la generación de agujeros negros masivos”.

La simulación implementa un modelo físico muy realista de nuestro universo. Gracias a ella, los astrofísicos pueden ver, en pocos segundos, la historia completa de la formación de la estructura a gran escala del Universo resultado de miles de millones de años de evolución. Por lo que es una herramienta muy valiosa para hacer las predicciones teóricas que luego pueden ser contrastadas con los datos recopilados por las observaciones astronómicas.

La simulación se ha realizado utilizando una técnica llamada “zoom in”, que permite concentrar toda la capacidad de cálculo en una región pequeña dentro de un volumen cosmológico o cubo periódico en el que se reproduce, de forma continua, la distribución de la materia de una amplia sección del Universo. El cubo utilizado tiene una longitud de 1.600 millones de años luz en cada lado y cubre un intervalo temporal de 13.000 millones de años, casi la edad del Universo. El volumen incluye 20.000 cúmulos galácticos y se ha estimado la distribución de masa y la cantidad de materia presentes en los halos que los rodean, donde se forman las galaxias.

El espacio simulado se apoya en el modelo estándar de la Cosmología. Entre las variables incluidas en los cálculos llevados a cabo en el test se encuentra la atracción gravitatoria y el movimiento hidrodinámico del gas cósmico, así como la expansión del Universo. Incluye tanto la evolución y distribución de la materia ordinaria como de la abundante y enigmática materia oscura.

La simulación traza la evolución de un solo cúmulo galáctico, una superestructura cósmica consistente en la agrupación de galaxias que se mantienen cohesionadas por la fuerza de la gravedad. En la animación se puede apreciar cómo, a estas escalas, la materia ordinaria del Universo se agrupa en filamentos interconectados sobre enormes vacíos cósmicos, al igual que la estructura de una esponja, como consecuencia del movimiento del gas intergaláctico, la atracción gravitatoria entre galaxias y la interacción con la materia oscura. También muestra la distribución de los halos, estructuras resultantes del cruce entre varios filamentos en las que se forman y evolucionan las galaxias. En la animación, estos halos son atraídos por el cúmulo hacia su centro hasta formar el embrión de un supercúmulo de más de mil billones de masas solares.

Fuente: Instituto Tecnológico y de Energías Renovables (ITER), Boletín mes de marzo de 2015