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La teoría de formación de las estructuras cósmicas ha pasado varias pruebas, prediciendo cuántas galaxias se formarán, dónde lo harán, qué tipo de galaxias serán. Pero por casi 20 años, sus predicciones sobre la masa central de las galaxias enanas han sido incorrectas. Una nueva simulación pretende mejorar el entendimiento de estas galaxias en relación a los procesos de nacimiento y muerte de las estrellas.
"Potencialmente, es un gran problema del modelo", señaló Fabio Governato, investigador de la Univesidad de Washington. "Podría implicar que la partícula de materia oscura que creemos que es correcta, no lo sea, o quizás que la gravedad funciona de forma diferente a como pensamos. Es un problema muy fundamental para la física".
Ahora, una simulación realizada en los recursos de la División de Supercomputación de NASA (NAS), junto al Centro Arctic y TeraGrid, podría haber resuelto este dolor de cabeza. El secreto es un modelo más realístico de cómo las estrellas nacen y mueren, incorporado a la teoría de formación galáctica existente.
Ocurre que cuando una estrella cerca del centro galáctico explota, una gran cantidad de gas interestelar del centro de la galaxia se pierde y como resultado se formarán menos estrellas en el centro, explicó Governato.
El resultado no es una sorpresa en sí mismo, ya que se sabía que eso ocurriría. Pero, según el investigador, "no estaba claro para nosotros cuánto impactaría en la formación de la galaxia" la pérdida de ese gas.
El artículo señala que se analizó una galaxia enana (DG1), pero que obtuvieron resultados equivalentes con galaxias de masa similar y diferentes historias. Otra galaxia simulada se describe en el material suplementario. La galaxia analizada tuvo una rica historia de fusiones: tres protogalaxias de masa similar y una gran satélite, entre otras. La formación estelar es abundante (con un pico de 0,25 Masas Solares/año).
Para crear la simulación, Governato trabajó con Thomas Quinn, de la misma universidad y con James Wadsley de la Universidad McMaster. Usaron alrededor de un millón de horas de computador, lo que habría demorado casi 100 años en una computadora de escritorio.
Anatoly Klypin, investigador de la Universidad de Nuevo México que también trabaja en la teoría de formación de las estructuras cósmicas, indicó que el modelo "es más realístico. Pero todavía requiere un montón de mejoras y entendimiento de cómo las estrellas se forman en el universo".
El trabajo de los investigadores, publicado en Nature, incluye el video embebido aquí y alojado en YouTube. El material puede obtenerse en formato .mov desde la página web de Governato y como información suplementaria en Nature.
http://www.youtube.com/watch?v=F7paxaOtVkk
En el video, lo azul es un mapa de la densidad del gas. Las regiones más brillantes representan gas que está formando activamente galaxias. El reloj marca el tiempo desde el Big Bang. El marco es de 50.000 años luz de diámetro. Crédito: Governato, Brook, Mayer y N-Body Shop.
Existen muchas simulaciones cosmológicas realizadas alrededor del mundo por investigadores que utilizan diversos enfoques.
En nuestro país, existe por ejemplo el Grupo de Astrofísica Numérica del IAFE que lidera la Dra. Patricia B. Tissera.
El código usado para la simulación se llama GASOLINE. Se trata de un algoritmo jerárquico de árbol que implementa el método llamado hidrodinámica de partículas suavizadas (SPH: Smoothed Particle Hydrodynamics).
Para realizar estas simulaciones se requiere, no sólo de gran conocimiento en astrofísica, sino en programación. Pero también de un recurso informático importante para procesar la gran cantidad de datos necesarios. Y no sólo procesarlos, sino también visualizarlos.
"No lo podríamos haber hecho hace tan sólo tres años. Las computadoras no eran lo suficientemente poderosas", afirmó Governato.
Estas simulaciones permiten entender mejor la formación galáctica, el papel de la materia oscura y otros fenómenos astrofísicos. Y es un área que puede resultar particularmente interesante en los jóvenes con habilidades informáticas e interés en astronomía.
El diluvio de datos astronómicos obtenidos con los grandes instrumentos, así como la enorme cantidad de datos para realizar simulaciones, precisan no sólo de potentes equipos, sino también de poderosos algoritmos que usen eficientemente el hardware disponible.
Sobre el asunto comentaremos próximamente, al abordar la utilización de las actuales GPU en astrofísica (y con otros fines más mundanos).
Fuentes y links relacionados
- ISGTW: Cosmic simulation, por Miriam Boon
- Bulgeless dwarf galaxies and dark matter cores from supernova-driven outflows
Fabio Governato, Chris Brook, Lucio Mayer, Alyson Brooks, George Rhee, James Wadsley, Patrik Jonsson, Beth Willman, Greg Stinson, Thomas Quinn, Piero Madau
Nature 463, 203-206 (14 enero 2010)
DOI:10.1038/nature08640
arXiv:0911.2237v1
Sobre las imágenes
- La imagen es una captura de pantalla del video, cortesía de Fabio Governato.
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