La cosmologia computacional, una de les branques més jóvens de l’astrofísica moderna, ha permés en els últims anys grans avanços en el coneixement de la formació i l’evolució de l’univers. Les simulacions cosmològiques realitzades per mitjà de superordinadors s’estan convertint en laboratoris virtuals en què es comproven les teories comparant-les directament amb l’observació. Els resultats són tan espectaculars que “l’univers virtual recreat en un laboratori per mitjà de superordinadors s’assembla al real”, assenyala Vicent Quilis (València, 1968), doctor en Física, professor titular del Departament de Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València i membre del Projecte d’Investigació d’Excel·lència Prometeu de la Generalitat Valenciana “Astrofísica relativista i cosmologia computacional”.
P. Què aporta la cosmologia computacional en l’estudi de la formació i evolució de l’univers?
R. La cosmologia computacional ens permet entendre per què l’univers s’ha format d’eixa manera i no d’una altra. Fonamentalment, ens servix per a conéixer com és la distribució de la matèria en el cosmos, com s’agrupa esta matèria per a formar estructures que van des de les estreles fins als cúmuls de galàxies, i quins són els processos responsables que estes estructures tinguen les propietats que observem amb els grans telescopis. Les supercomputadores ens possibiliten modelitzar la formació i evolució d’estes estructures i, per mitjà de la comparació directa entre ambdós universos, el simulat i el real, ens permeten aprendre sobre els processos físics que regixen l’evolució del cosmos.
P. Fins a quin punt eixos models virtuals de laboratori arriben a recrear la realitat?
R. L’univers virtual que es recrea en un laboratori per mitjà de superordinadors s’assembla ja al real. La cosmologia computacional es troba en disposició de generar universos virtuals que ja són comparables amb l’univers real, com demostren diverses simulacions realitzades en els últims anys i, en especial, la generada fa a penes uns mesos per un consorci internacional. Hui en dia ja és possible recrear universos virtuals en els ordinadors, els quals no són una recreació artística, sinó el resultat de l’evolució, per mitjà de les lleis físiques fonamentals, de les condicions inicials des de l’univers primitiu fins a l’època actual.
«La cosmologia computacional es troba en disposició de generar universos virtuals que ja són comparables amb l’univers real»
P. Quines són les tècniques de simulació que s’utilitzen en els superordinadors?
R. Les tècniques es basen a resoldre complexos problemes matemàtics que requerixen realitzar nombroses operacions que només es poden dur a terme amb l’ajuda de potents supercomputadors. A través d’estos càlculs numèrics, que reproduïxen virtualment els processos físics responsables de la formació de les estreles i les galàxies, s’aconseguix una descripció de les circumstàncies que van donar lloc a la formació i evolució de les estructures que configuren l’univers. És a dir, s’aclarixen fenòmens que seríem incapaços d’observar o reproduir en condicions normals. Tot això permet que moltes de les investigacions teòriques en cosmologia vagen per davant dels avanços que es deriven de les observacions telescòpiques.
P. Què ha aportat l’astrofísica computacional a l’estudi de les galàxies?
R. Un dels exemples de problemes històrics de la cosmologia, a què han contribuït substancialment les simulacions, és entendre la distribució de les galàxies en l’univers. Estes no es distribuïxen d’una manera aleatòria, sinó que obeïxen certs patrons estadístics generats pels processos físics responsables de l’evolució i interacció entre estes. Així, quantitats com l’abundància de galàxies en un cert entorn, el nombre d’objectes amb una determinada massa o la separació característica entre aquelles, són quantitats directament mesurables en els grans catàlegs observacionals de galàxies. Gràcies a l’avanç dels models teòrics, conjuntament amb el desenrotllament dels grans supercomputadors, ja és possible mesurar estes mateixes quantitats en la nova generació de simulacions cosmològiques. Només els universos virtuals que presenten valors compatibles amb els observadors representaran models d’univers factibles i, per tant, evolucionats amb les lleis físiques correctes.
P. Quin és el principal paper de les simulacions cosmològiques?
R. Entendre, de manera controlada, tots els processos que han portat a l’existència del complex univers observat a través dels telescopis. Un exemple característic és el que tenim quan un telescopi produïx una imatge d’una galàxia. Mentres que l’instrument ens proporciona informació només sobre l’estat d’eixa galàxia en l’instant que la llum va abandonar l’objecte, les simulacions ens permeten controlar tots els processos anteriors que van portar eixa galàxia a tindre les característiques observades pel telescopi. Les simulacions també han servit durant molts anys per a predir fenòmens que no s’havien observat encara i que, posteriorment, amb la millora dels telescopis, han sigut observats.
P. Pose-me’n un exemple.
R. Haver aconseguit reproduir en els ordinadors les característiques de les galàxies, tant les espirals, formades per estreles fonamentalment jóvens, com les el·líptiques, compostes per estreles velles, permet generar a través dels superordinadors tota la història virtual de l’univers i comparar els resultats amb l’observació. Durant molt de temps es creia que les galàxies es transformaven al llarg de la seua evolució, experimentant diversos processos i mutant la seua forma. S’intuïa que la causa d’estos canvis estava directament relacionada amb la seua interacció amb l’entorn que les rodejava, encara que no n’existia cap prova. Les simulacions van aclarir este punt, explicant detalladament els processos involucrats i els seus mecanismes. Observacions posteriors molt millorades van corroborar els resultats de les simulacions.
No comments yet.