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13/3/15 - DJ:

Evolución de un cúmulo de galaxias con supercomputadora

T.E.L: 4 min. 44 seg.

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha realizado un vídeo de 4 minutos que se simula la formación y evolución de un cúmulo de galaxias. Esta animación cubre un intervalo temporal de 13.000 millones de años, casi la edad del Universo.

En astronomía no se pueden realizar experimentos controlados de los objetos cósmicos, pero sí se pueden realizar simulaciones en base a datos conocidos y luego contrastar la simulación con la realidad. Para eso se requiere de la llamada HPC, siglas en inglés de Computación de Alto Rendimiento.

Esta simulación ha sido posible gracias a la capacidad de cálculo del superordenador Teide-HPC, el segundo más potente de España y que figura en la lista Top 500 de los supercomputadores más potentes del mundo (puesto 202 a noviembre 2014, 138 a noviembre de 2013), instalado en el Instituto Tecnológico y de Energías Renovables (ITER) del Cabildo Insular de Tenerife.

La simulación traza la evolución de un solo cúmulo de galaxias, 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.

La intensidad del brillo muestra las distintas densidades del gas cósmico. La temperatura se representa a través del color, siendo el rojo la temperatura más elevada, unos 10 millones de grados.

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.

https://youtu.be/InJOTkEzQtg

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 de galaxias 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 –explica Claudio Dalla Vecchia, investigador del IAC y autor de la simulación- 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".

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.

En la simulación completa se prevé que se formen varios centenares de galaxias en cada cúmulo por lo que se podrá llegar a simular con una resolución sin precedentes varios millones de galaxias, algunas de ellas de un tamaño similar a las que integran el Grupo Local de galaxias, unas 10 veces más pequeñas que las Nubes de Magallanes. Además de la masa, también se tendrán en cuenta propiedades como la forma, el tamaño, la velocidad de formación estelar, la cantidad de elementos pesados existentes y la evolución de las estrellas de cada una de las galaxias.

La simulación –señala el astrofísico del IAC Alfonso López Aguerri, quien también participa en este proyecto- implementa un modelo físico muy realista de nuestro universo. Gracias a ella, los astrofísicos podemos 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. Y es también una herramienta muy valiosa para hacer las predicciones teóricas que luego pueden ser contrastadas con los datos recopilados por las observaciones astronómicas.

El superordenador Teide es una infraestructura de computación de altas prestaciones de propósito general. Está compuesto por 1100 servidores de cómputo Fujitsu, con un total de 17800 cores de cómputo y 36 TB de memoria, una red de altas prestaciones y un sistema de almacenamiento paralelo NetApp.

ARGENTINA Y LA HPC
Este jueves 12 de marzo, el Gobierno nacional presentó la flamante supercomputadora TUPAC, un clúster computacional dirigido a la resolución de modelos de simulación utilizando técnicas de computación de alto rendimiento. Desde el Centro de Simulación Computacional para Aplicaciones Tecnológicas (CSC), dependiente del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), ubicado en el Polo Científico Tecnológico, encabezaron el acto el ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, Dr. Lino Barañao; el presidente del CONICET, Dr. Roberto Salvarezza; el presidente de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, Dr. Fernando Goldbaum; y el responsable de la puesta en funcionamiento de TUPAC, Dr. Eduardo Dvorkin.

La instalación de TUPAC demandó una inversión de 1.212.486 dólares y 2.745.785 pesos, aportados por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica y el CONICET en el marco del “Proyecto Ondas” que administra el Fondo Argentino Sectorial (FONARSEC) de la Agencia. Esta iniciativa, presentada en la convocatoria “Fondo Sectorial Tecnologías de la Información y la Comunicación 2010”, resultó beneficiaria de un subsidio total de 17.315.382 pesos.


Dentro de sus prestaciones, TUPAC puede simular procesos de fractura hidráulica para la industria petrolera, específicamente la técnica a utilizar por YPF en la explotación hidrocarburífera de Vaca Muerta. A su vez, puede desarrollar modelos de predicción meteorológica para el Servicio Meteorológico Nacional, modelados estructurales y fluidodinámicos de vehículos espaciales (como el Tronador II) y aeronaves en general. También puede ser utilizada para modelos de radar y sonar por la empresa INVAP.

Cabe destacar que la computadora estará abierta a toda la comunidad científica nacional, que gracias al servicio provisto por InnovaRed a través de redes avanzadas de alto rendimiento, podrá conectarse a TUPAC para utilizarla en investigaciones que requieran de su capacidad de procesamiento.

A partir de la instalación de TUPAC, la Argentina se posiciona junto a México y Brasil entre los países líderes en contar con este tipo de equipamiento en Latinoamérica. El clúster TUPAC equivaldría a 12.000 computadoras hogareñas (tomando como base de equivalencia promedio un procesador Core i5 3470).

Características técnicas de TUPAC
Posee:
- 4.096 núcleos de CPU AMD Opteron.
- 16.384 núcleos de GPU NVidia.
- 8.192 GB de memoria RAM.
- Redes Infiniband.
- Sistemas redundantes de enfriamiento con agua de 80 Kw.
- UPS para unidades críticas.

Fuentes y links relacionados

  • IAC: El IAC simula la formación y evolución de un cúmulo de galaxias con el supercomputador "Teide-HPC"
  • MinCyt: La Presidenta inauguró la supercomputadora del Polo Científico Tecnológico


Sobre las imágenes
  • Imagen inicial. Crédito: IAC.
  • Imagen TUPAC. Crédito: MinCyT.


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