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Acelerando la investigación de energía oscura

07-07-2016 13:20
Esta imagen en falso color de la estructura a gran escala de un universo simuladomuestra el proceso que hay detrás la nueva técnica. A la izquierda, un universovirtual normal resalta la posición de las galaxias en azul, mostrando cómo seagrupan en juntas en cúmulos. En el universo temprano (centro) la relación entreestas regiones azules y las regiones naranjas que se expanden en huecos de vacíorea simétrica. Esto permite que se pueda construir una versión invertida (derecha)donde las galaxias ahora habitan las regiones que solían ser huecos de vacío. Losúltimos resultados muestran cómo combinando resultados del universo originalsimulado y del universo invertido simulado es una manera rápida de hacerpredicciones precisas del cosmos real.

Esta imagen en falso color de la estructura a gran escala de un universo simuladomuestra el proceso que hay detrás la nueva técnica. A la izquierda, un universovirtual normal resalta la posición de las galaxias en azul, mostrando cómo seagrupan en juntas en cúmulos. En el universo temprano (centro) la relación entreestas regiones azules y las regiones naranjas que se expanden en huecos de vacíorea simétrica. Esto permite que se pueda construir una versión invertida (derecha)donde las galaxias ahora habitan las regiones que solían ser huecos de vacío. Losúltimos resultados muestran cómo combinando resultados del universo originalsimulado y del universo invertido simulado es una manera rápida de hacerpredicciones precisas del cosmos real.

Científicos del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA) y la University College London (UCL) han desarrollado un nuevo método para fabricar universos virtuales de forma muy rápida, lo que ayudará a comprender los efectos de la energía y la materia oscura. Estas sustancias componen hasta el 95% de nuestro universo y son cruciales en el nacimiento y la vida de galaxias y estrellas, sin embargo, aún no sabemos casi nada sobre su esencia.

La nueva técnica, publicada hoy en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, es veinticinco veces más rápida que los métodos actuales pero igual de precisa, otorgando a los científicos mayor poder de cómputo para centrarse en comprender porqué el universo se está acelerando y las galaxias están distribuidas de la manera en la que están.

"Nuevos proyectos astronómicos, como el cartografiado Javalambre Physics of the Accelerating Universe y el Large Synoptic Survey Telescope, pronto medirán la posición de cientos de millones de galaxias en el Universo. Al comparar estas mediciones con modelos computacionales, podremos aprender sobre la naturaleza de la energía oscura", explica el Dr. Raul Angulo del CEFCA.

El Dr Pontzen de la UCL, coautor del estudio, continúa: "Pero cada simulación de ordenador da una respuesta ligeramente diferente. Al final, necesitamos hacer un promedio sobre cientos de simulaciones para obtener una predicción en la cual confiar. Con el nuevo método hemos demostrado que es posible alcanzar la misma precisión utilizando sólo dos universos virtuales cuidadosamente construidos. Un proceso que tardaría semanas en un superordenador, ahora puede hacerse en tan solo un día."

Los científicos afirman que el nuevo método acelerará la investigación sobre las fuerzas invisibles del universo permitiendo testear versiones alternas de energía y materia oscura.

"Nuestro método nos permitirá interpretar observaciones cosmológicas de una forma mucho más realista. Por ejemplo, podremos crear millones de universos virtuales con diferentes leyes de gravedad o de tipos de energía oscura y así encontrar aquellos que mejor explican los datos obtenidos en grandes telescopios.", dice el Dr. Angulo.

El nuevo método elimina las mayores incertidumbres en el modelo de universo ajustando cuidadosamente las fluctuaciones del universo temprano y comparando sus propiedades con una versión 'invertida'. En el modelo de universo invertido, las galaxias son reemplazadas por huecos de vacío, y los huecos de vacío por espacio con galaxias. Los científicos probaron esta aproximación tras darse cuenta de la simetría matemática que conecta las dos imágenes aparentemente diferentes.

Cuando compararon las simulaciones del par de universos con las de métodos actuales –que promedia 300 universos virtuales para eliminar incertidumbres– encontraron que los resultados eran muy similares. La nueva aproximación mostró menos de un 1% de incertidumbre, indicando que la nueva aproximación hace predicciones que son suficientemente precisas para utilizarse en los próximos experimentos cosmológicos.

El equipo planea ahora utilizar el nuevo método para investigar cómo las diferentes formas de materia y energía afectan a la distribución de galaxias en el universo. "Como podemos obtener una predicción precisa en un sólo intento, no necesitamos emplear mucho tiempo de ordenador en ideas ya existentes y podemos, en cambio, investigar un rango mucho mayor de posibilidades acerca de qué podría estar realmente hecha esta extraña energía oscura", concluye el Dr. Pontzen.

Video: Este video en falso color de la estructura a gran escala de un universo simulado muestra el proceso que hay detrás de la nueva técnica. Al comienzo, un universo virtual normal resalta la posición de las galaxias en azul, mostrando cómo se agrupan juntas en cúmulos. El video muestra cómo estas regiones pueden ser rastreadas hasta su origen en el universo temprano, donde la relación entre estas regiones azules y las regiones naranjas que se expanden en huecos de vacío era simétrica. Desde aquí, se construye una versión invertida del cosmos donde las galaxias ahora habitan las regiones que solían ser huecos de vacío. Los últimos resultados muestran cómo combinando resultados del universo original simulado y del universo invertido simulado es una manera rápida de hacer predicciones precisas del cosmos real.

Nota de prensa (pdf 518.9 kB)