Primer modelo de simulación de la estructuración del universo observable

Un equipo de investigadores de la «Laboratoire Univers et Théorie» (LUTH, del Observatorio de París / CNRS / Université Paris Diderot) (1), coordinado por Jean-Michel Alimi ha realizado la simulación por ordenador por primera vez el modelo de la estructuración de la observable universo desde el Big Bang hasta la actualidad. La simulación ha permitido seguir la evolución de 550 mil millones de partículas. Esta es la primera de las tres carreras que forman parte de un proyecto excepcional llamada Deus: universo lleno de ejecución (2), llevado a cabo utilizando las nuevas Genci la supercomputadora Curie en la CEA «Très Grand Centre de Calcul» (TGCC). Esta simulación, junto con las dos carreras adicionales que se espera para finales de mayo de 2012, proporcionará apoyo excepcional para futuros proyectos dedicados a la observación y la cartografía del universo. Estas simulaciones arrojan luz sobre la naturaleza de la energía oscura y sus efectos sobre la formación de la estructura cósmica, y por lo tanto en la distribución de materia oscura y las galaxias en el universo.

Después de varios años de investigación, seis científicos (3) del grupo de la cosmología en LUTH ha realizado la simulación por ordenador por primera vez el modelo de la estructuración de todo el universo observable, desde el Big Bang hasta la actualidad.Esta primera simulación del modelo estándar del universo con una constante cosmológica será seguido por dos carreras adicionales que se centran en la evolución cosmológica de los modelos de energía oscura (4), el misterioso componente introducido para explicar la expansión acelerada del universo (5 ).¿Cuál es la energía oscura huella deja en las estructuras cósmicas? Y a la inversa, ¿cómo puede la naturaleza de la energía oscura se infiere de la observación de la distribución de materia en el universo? Se trata de dos cuestiones fundamentales que el proyecto de Deus: universo lleno de ejecución se intentan responder.

Simulación del modelo cosmológico estándar ya ha permitido a los investigadores a descubrir una serie de propiedades importantes en relación con la distribución de materia en el universo. A modo de ejemplo, han tenido éxito en la estimación del número total de los cúmulos de galaxias con una masa mayor de cien mil millones de masas solares. Estos grupos en la actualidad ascendería a 144 millones de personas. Los investigadores han encontrado que el cúmulo de galaxias primero de este tipo se forma cuando el universo tenía sólo 2 mil millones de años y el grupo más masivo en el universo observable hoy en día pesa 15 billones (o 15 mil billones de dólares) de masas solares. Los datos generados por la carrera también ha permitido a los científicos a evaluar la distribución espacial de las fluctuaciones de la materia oscura densidad en el universo. Estas fluctuaciones tienen el mismo origen que los que se encuentran en la radiación del fondo cósmico de microondas, como resultado del Big-Bang y observado por los satélites WMAP y Planck. Estas mediciones fueron obtenidas en una simulación que abarca toda la historia de la evolución del universo con una precisión hasta ahora desconocido y en una gama mucho más amplia de las escalas, desde unas pocas millonésimas el tamaño de todo el universo observable. Esto también se revela con una precisión sin precedentes la huella de las oscilaciones acústicas en el plasma primordial en la distribución de materia oscura («oscilaciones acústicas de bariones»). Esta simulación ya parece una mina de oro de los resultados de nuevas versiones de la comunidad de la cosmología.

La ejecución de este proyecto excepcional, no habría sido posible sin los recursos poderosos a disposición de los investigadores por el «Grand Equipement National de Calcul Intensif» (Genci) (6), cuyo nuevo superordenador Curie está equipado con más de 92 CPU y 000 puede realizar de 2 millones de millones de operaciones por segundo (2 PFlop / s). El superordenador Curie se encuentra y es operado por el CEA en el «Très Grand Centre de Calcul, en Bruyères-le-Châtel (Essonne). Diseñado por Bull, es uno de los cinco superordenadores más potentes del mundo.

La implementación de Deus: universo lleno de ejecución representa una nueva etapa en el desarrollo de la supercomputación. La primera simulación en el proyecto ha superado en gran medida las simulaciones cosmológicas más avanzadas llevadas a cabo durante los últimos años por una serie de colaboraciones internacionales en las instalaciones de supercomputación más importantes de todo el mundo. El proyecto en su totalidad utilizará más de 30 millones de horas (alrededor de 3500 años) de tiempo de computación en prácticamente todas las CPU de los Curie. Más de 150 PBytes de datos (el equivalente a 30 millones de DVDs) se generan a través de las carreras de computación. Gracias a un proceso de reducción de datos avanzado e innovador desarrollado por los investigadores, la cantidad de datos útiles almacenados ahora se puede reducir a 1 PBytes.

En el modelo cosmológico estándar, con una constante cosmológica, ahora es posible ir a través de la distribución de materia oscura y las galaxias a través del cosmos a través de una distancia equivalente a 90 millones de años luz (7) y seguir su evolución a lo largo de toda la historia de la universo.

Los resultados de estos viajes de todo el universo observable, desde el día de hoy de nuevo a el Big Bang para los tres modelos cosmológicos, se espera que a finales de mayo de 2012. Estos resultados serán mejorar la comprensión actual de la influencia de la energía oscura en la estructura del universo. También se prestará apoyo excepcional para el desarrollo y la interpretación de los catálogos cósmicos presentes y futuros de los principales proyectos de observación, especialmente aquellos en marcha por las agencias espaciales internacionales. Estos incluyen la misión EUCLID (9), que ha sido seleccionado por la ESA, la Agencia Espacial Europea.

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