¿Por qué se dedicaron 9 científicos, 2 supercomputadoras y montañas de ecuaciones a crear esta imagen?

La Vía Láctea de HITSDerechos de autor de la imagenHITS
Image caption"Noche estrellada estrellada / Flores de fuego que llamas brillantes / remolinos de nubes de bruma violeta"...
- "Me recuerda a Van Gogh".
- "Sí, eso nos han dicho", contesta Robert Grand, del grupo de Astrofísica Teórica en el Instituto para Estudios Teóricos de Heidelberg (HITS).
Sin embargo, esta imagen es fruto de un tipo de genialidad distinta a la del pintor postimpresionista neerlandés.
Es una hazaña épica de física computacional que requirió miles de procesadores, terabytes de data, meses de tiempo de computadoras y la sabiduría de nueve científicos.
El resultado: 30 de las más detalladas simulaciones que hayan sido creadas de la formación de galaxias como nuestra Vía Láctea.
"La de Van Gogh", señala Grand, "es impresionante porque los campos magnéticos son históricamente difíciles de simular en las galaxias, y esta imagen demuestra un éxito impresionante de nuestras simulaciones".

La creación de la creación

De las galaxias espirales como la nuestra sabemos que tienen un agujero negro masivo en el centro, rodeado por el bulbo galáctico (un grupo de estrellas viejas) y brazos que giran hacia el exterior donde se encuentran las estrellas relativamente jóvenes como el Sol.
Sin embargo, la comprensión de cómo esos sistemas llegaron a existir sigue siendo una cuestión clave en la historia del cosmos.
Imagen de galaxiaDerechos de autor de la imagenHITS
Image caption"Estas imágenes me gustan porque son hermosas", nos dijo Grand al mandarlas. "Ésta muestra la estructura del disco de gas en detalle, y está coloreada de acuerdo a la temperatura del gas: azul es frío, verde es cálido y rojo es caliente".
Es por eso que en 2014, los científicos Volker Springel, Carlos Frenk y Simon White se plantearon el reto de crear una galaxia utilizando todos los conocimientos que hemos acumulado sobre ellas.
Y reto es la palabra indicada: se estima que las galaxias espirales contienen varios cientos de millones de estrellas así como abundantes cantidades de gas y polvo.

Contando en estrellas

"Queremos entender cómo se forman las galaxias, y la mejor manera es hacer estas simulaciones. Empezamos al puro principio del Universo -el Big Bang- y luego nos enfocamos en el desarrollo de la Vía Láctea", le cuenta Grand, el líder del proyecto, a BBC Mundo.
"Incluimos todas las fórmulas posibles para incorporar todos los efectos posibles -es uno de los modelos más completos en términos de Física-, para ver si efectivamente la podíamos crear".
Las imágenes resultantes son muy especiales, subraya el científico, porque "no se habían hecho tantas con una resolución tan alta".
Y cuando habla de resolución, no se refiere precisamente a pixeles.
"No podemos modelar todas y cada una de las estrellas, por la limitación computacional, así que las agrupamos y representamos unos pocos miles como una partícula, de manera que tendríamos unos 10 millones de estas partículas y luego calculamos la fuerza gravitacional entre cada una de ellas".
"Cuando hablamos de resolución estamos hablando de cuántas estrellas representa cada partícula, así que a más alta es la resolución, menos estrellas", explica.
La idea es acercarse lo más posible al 1:1.
Dos vistas de la galaxiaDerechos de autor de la imagenHITS
Image caption"Muestra la distribución estelar de la luz de las galaxias -una vista de pájaro y una vista de borde-, mostrando muy bien que podemos hacer discos extendidos de estrellas, con estrellas más viejas y más rojas cerca del centro y estrellas más jóvenes y azules en las regiones del exterior", dice Grand.

Enormes escalas

"La Vía Láctea mide unos 230 kilopársecs, si hablamos del halo de materia oscura que habita...".
- "¿Kilo qué?"
- "Como las distancias son tan grandes, usamos kilopársecs. Un kilopársec es 3.262 años luz"
La enormidad de las escalas y la complejidad de la física implicada presentaban un desafío formidable para cualquier modelo de computador.
Así que tuvieron que utilizar dos supercomputadoras en Alemania y el código "AREPO", desarrollado por Springel, investigador de HITS, que le permite a los científicos simular una amplia gama de formas y tamaños de galaxias con una precisión única e incluye uno de los modelos más completos de la física.
El código tiene en cuenta fenómenos como la gravedad, la formación de estrellas, hidrodinámica del gas, explosiones de supernovas y, por primera vez, los campos magnéticos que impregnan el medio interestelar, más precisamente, el gas y el polvo que hay entre las estrellas.
El equipo dejó que las simulaciones de 30 Vías Lácteas se desarrollaran durante meses, todas en alta resolución, y seis de ellas en una resolución aún más alta, para lograr más detalles.
La densidad de la materia oscura 500 millones de años después del Big Bang, centrada en lo que se convertiría en la Vía Láctea. Los colores rojo, azul y amarillo indican regiones de intensidad baja, intermedia y alta.Derechos de autor de la imagenHITS
Image captionLa densidad de la materia oscura 500 millones de años después del Big Bang, centrada en lo que se convertiría en la Vía Láctea. Los colores rojo, azul y amarillo indican regiones de intensidad baja, intermedia y alta.

Confirmaciones y revelaciones

Entonces, los nueve expertos pasaron dos años alimentando a las supercomputadoras con enormes cantidades de información sobre las galaxias, lo que las componen, los fenómenos y reglas, crearon un Big Bang y observaron cómo se desarrollaba una Vía Láctea.
Al final, además de la satisfacción de terminar efectivamente con una galaxia espiral con forma de disco, este trabajo, cuyo nombre es Proyecto Auriga, les dejó una gran cantidad de datos esperados e inesperados para estudiar.
Y no sólo a ellos.
"Los astrónomos ahora podrán usar nuestro trabajo para acceder a una gran cantidad de información", señala Grand.
Por el momento, los científicos del Proyecto Auriga -Robert J. J. Grand, Facundo A. Gomez, Federico Marinacci, Ruediger Pakmor, Volker Springel, David J. R. Campbell, Carlos S. Frenk, Adrian Jenkins y Simon D. M. White-combinarán los resultados con datos de estudios de observatorios como la misión Gaia, para comprender mejor cómo las fusiones y colisiones formaron galaxias como la nuestra.

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Periodista: Rodrigo Saavedra

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