Lumina, la simulación más detallada del universo temprano, abarca sus primeros 2.000 millones de años

Un equipo internacional de investigadores presentó Lumina, la simulación por computadora más detallada hasta ahora del universo temprano. Según publicaron en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, el modelo abarca los primeros 2.000 millones de años después del Big Bang y cubre un volumen cien veces mayor que el de simulaciones previas.

Qué modela

Lumina reproduce cómo interactúan los componentes fundamentales del universo (gas, materia oscura y luz) para formar estrellas y galaxias. Es, además, la primera simulación que considera no solo la reionización del hidrógeno sino también la del helio, y que muestra de manera directa sus efectos sobre la evolución del cosmos.

La reionización es la fase en la que la intensa radiación de las primeras estrellas y de los núcleos activos de galaxias, las regiones que rodean a agujeros negros gigantes, calentó el gas del entorno y frenó la formación de galaxias. Se llama así porque esa radiación les arrancó electrones a los átomos de hidrógeno y helio y los convirtió de nuevo en iones.

El punto de partida, según el esquema que manejan los astrónomos, es que unos 400.000 años después del Big Bang la materia se enfrió lo suficiente para formar hidrógeno y helio, y el espacio se volvió transparente a la luz. Esa radiación liberada se recibe hoy como fondo cósmico de microondas. Luego, fluctuaciones aleatorias generaron acumulaciones de materia oscura, que representa cerca del 80% de la masa del cosmos, y atrajeron a la materia normal que formó las primeras estrellas y galaxias.

Potencia de cálculo y telescopios

La simulación funciona con más de 15.000 procesadores gráficos en Frontier, del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, uno de los supercomputadores más rápidos del mundo.

Oliver Zier, del Centro Harvard & Smithsonian de Astrofísica, y sus colegas sostuvieron que entender cómo las galaxias y los núcleos activos impulsan la reionización del medio intergaláctico "sigue siendo un desafío central de la cosmología". Zier agregó: "Con el telescopio James Webb, el universo temprano se convirtió en un nuevo y apasionante campo de investigación de la astrofísica. Para entender lo que observamos con este telescopio, tenemos que traducir nuestras teorías en predicciones detalladas". Esa, dijo, es la tarea de simulaciones como Lumina.

El James Webb envía datos desde 2022. El telescopio Nancy Grace Roman, lanzado en agosto, comenzará su operación científica a principios del año próximo.

Para qué servirá

Los investigadores podrán estudiar cómo se mueven el hidrógeno y el helio entre las galaxias, cómo la radiación primordial moldeó la evolución cósmica y cómo cambiaron con el tiempo las regiones de intensa formación estelar. El gran volumen también permite que aparezcan por primera vez objetos muy raros detectados con telescopios pero ausentes en las simulaciones, algo que desvelaba a los astrónomos.

La utilidad del modelo se medirá cuando sus predicciones se contrasten con los datos del Webb y del Roman. Si coinciden, reforzarán la comprensión actual de la reionización; si no, señalarán qué parte de la teoría hay que revisar. Queda por ver qué tan bien explica Lumina esos objetos raros que hasta ahora no encajaban.