Dos simulaciones del universo que baten récords siguen 13,4 billones de partículas de materia oscura
Los cosmólogos tienen un problema que suena casi a paradoja: cuanto mejores son sus telescopios, más difícil resulta interpretar lo que ven. La materia oscura, la sustancia invisible que se cree constituye la mayor parte de la masa del universo, no emite luz propia. Su estructura solo se vuelve visible de forma indirecta, a través de cómo desvía la luz y determina dónde se forman las galaxias. Para conectar esas observaciones con la teoría, los investigadores construyen vastos universos virtuales y los dejan evolucionar.
Eso es lo que acaba de hacer un equipo del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos a una escala sin precedentes. Utilizando Aurora, uno de los primeros superordenadores exaescala del mundo, los científicos completaron las dos mayores simulaciones cosmológicas jamás ejecutadas, según un anuncio difundido por el medio chino Science and Technology Daily. Cada simulación siguió la evolución de 13,4 billones de partículas de materia oscura en una región de 28.600 millones de años luz de ancho.
La cifra es difícil de imaginar. A modo de comparación, simulaciones insignia anteriores seguían partículas que se contaban por miles de millones o por billones bajos. Saltar a más de 13 billones de partículas en una sola ejecución significa que el cosmos virtual puede resolver estructuras mucho más finas, pequeños cúmulos de materia oscura que de otro modo se difuminarían en una neblina estadística. Esas pequeñas estructuras importan porque dejan huellas en cómo se agrupan las galaxias y en cómo la materia oscura distorsiona la luz de objetos lejanos.
Las simulaciones apuntan a un objetivo clave: la inflación cósmica, la teoría de que el universo muy temprano atravesó una breve y violenta explosión de expansión. Ese proceso habría estirado diminutas fluctuaciones cuánticas hasta convertirlas en las semillas de la estructura a gran escala actual. Al comparar universos simulados con distintos escenarios de inflación frente a observaciones reales, los astrónomos pueden acotar qué versiones de la teoría sobreviven.
También hay un beneficio práctico. Una nueva generación de cartografiados del cielo está mapeando miles de millones de galaxias y midiendo sutiles distorsiones en sus formas. Estos cartografiados producen conjuntos de datos enormes, y extraer de ellos información cosmológica exige predicciones teóricas igualmente enormes. Las ejecuciones de Aurora pretenden servir como biblioteca de referencia para ese análisis, ayudando a los investigadores a separar las señales genuinas del ruido y de los artefactos de modelado.
La computación exaescala, es decir, máquinas capaces de más de un quintillón de cálculos por segundo, ha sido un hito largamente perseguido. Aurora, con sede en Argonne, cerca de Chicago, está entre los primeros sistemas en cruzar ese umbral. La cosmología se ha convertido en una de sus cargas de trabajo emblemáticas, ya que las simulaciones de materia oscura que solo consideran la gravedad son computacionalmente exigentes pero relativamente limpias de modelar, lo que las convierte en una prueba de esfuerzo ideal para el nuevo hardware.
Para los lectores de todo el mundo, la historia es un recordatorio de que la astronomía moderna es cada vez más una empresa computacional. Los telescopios recogen los fotones, pero los superordenadores los convierten en conocimiento. A medida que los observatorios de Chile, Hawái y, con el tiempo, del espacio generan catálogos de galaxias cada vez mayores, el cuello de botella se desplaza de la recolección de datos a su interpretación.
Los resultados del equipo de Argonne siguen siendo simulaciones, no descubrimientos, y su valor científico dependerá de cuán bien coincidan con la realidad. Pero cada duplicación del número de partículas acerca un poco más el universo virtual al real, y las mayores estructuras del cosmos se recrean ahora en una máquina en Illinois, partícula a partícula.