Sólo existe un universo. Para realizar experimentos sobre la posible evolución del contenido del universo la única opción es usar simulaciones por ordenador. Gracias a supercomputadores se puede seguir la evolución de la materia primordial tras la recombinación (formación de los primeros átomos). Se publica en Nature la simulación más detallada, que tras 16 millones de horas de CPU, incluye la formación de las primeras estrellas, la explosión de las primeras supernovas, la formación de los primeros agujeros negros supermasivos y de las primeras galaxias.
Todo el universo visible, incluyendo la formación del “polvo de estrellas” del que estamos hechos según Carl Sagan, se explica muy bien gracias al modelo cosmológico de consenso ΛCDM, que tiene sólo seis parámetros libres. Parece demasiado bonito para ser cierto. Nos lo cuenta Michael Boylan-Kolchin, “Cosmology: A virtual Universe,” Nature 509: 170-171, 08 May 2014. El artículo técnico es M. Vogelsberger et al., “Properties of galaxies reproduced by a hydrodynamic simulation,” Nature 509: 177-182, 08 May 2014. Recomiendo también el editorial ”A cosmic history,” Nature 509: 134, 08 May 2014.
En español puedes leer “La última película de la historia del universo,” Agencia SINC, 07 May 2014; Teresa Guerrero, “Así evolucionó el Universo durante 13.000 millones de años,” El Mundo, 07 May 2014; J. de Jorge, “El Universo, del Big Bang a hoy, como nunca lo habías visto,” ABC Ciencia, 07 May 2014.
Si la montaña no viene a Mahoma, Mahoma irá a la montaña. El gran triunfo de la cosmología moderna, un modelo cosmológico de consenso con sólo seis parámetros libres, permite explicar todo lo observado en la radiación cósmica de fondo (hasta ahora). ¿Permite explicar también la evolución posterior del universo? ¿Desde la formación de las primeras estrellas hasta la formación de las primeras galaxias? Mark Vogelsberger (MIT, Cambridge, Massachusetts, EEUU) y sus colegas han desarrollado una simulación numérica multiescala de la formación de las primeras estructuras cósmicas que concluye que así es (por ello se publica en Nature).
Una simulación de interés cosmológico requiere estudiar un volumen con un diámetro de unos cien millones de parsecs (unos 326 millones de años luz). Sin embargo, para estudiar la formación de una estrella hay que utilizar una escala de un parsec y la acreción de materia en los horizontes de sucesos de los agujeros negros supermasivos requieren escalas aún más pequeñas. Por tanto, una simulación que tenga en cuenta ambos fenómenos tiene que ser multiescala. Vogelsberger y sus colegas han usado un modelo hidrodinámico multiescala (Volker Springel, “E pur si muove: Galilean-invariant cosmological hydrodynamical simulations on a moving mesh,” MNRAS 401: 791-851, 2010)
¡¡La simulación por ordenador reproduce las propiedades observadas de las galaxias!! Quizás al lector no le parezca sorprendente, pero para los que trabajamos en física computacional nos resulta muy sorprendente. La simulación que se inicia cuando el universo tenía 12 millones de años tras el big bang y que evoluciona durante 13.000 millones de años reproduce fielmente la distribución observada de galaxias elípticas y espirales en el universo, incluyendo los cúmulos galácticos y la distribución del hidrógeno a gran escala. Más aún, también coincide la metalicidad predicha para las galaxias. Casi parece que tiene que haber trampa.
La nueva simulación, llamada Illustris, se basa en el modelo cosmológico ΛCDM (materia oscura fría más energía oscura) y muestra que este modelo, de extrema simplicidad, permite entender la evolución del universo visible, desde los pequeños detalles de las galaxias hasta las grandes estructuras a escala cósmica. Muchos tendrán dudas.
Problemas graves del modelo ΛCDM, como el problema de las galaxias satélite perdidas, obtienen una solución sencilla en la simulación Illustris. Los resultados son demasiado bonitos para ser ciertos. Habrá que esperar unos años hasta que esta simulación se repita por grupos independientes y se aclare si de verdad toda la belleza del universo visible se describe con sólo los seis parámetros del modelo cosmológico ΛCDM.
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