¿Cómo era el Universo cuando aparecieron las primeras estrellas y galaxias? Unos investigadores han intentado retroceder en el tiempo gracias a una enorme simulación informática.
Su proyecto, llamado Lumina, relata los dos primeros mil millones de años de la historia del Universo. El cálculo comienza unos 45 millones de años después del Big Bang, en una época en la que las estrellas aún no habían iluminado el espacio. Después sigue la formación de las primeras galaxias y su evolución.
Visualización de la estructura de la materia y de las regiones ionizadas del Universo en la simulación Lumina.
Crédito: colaboración Lumina.
La escala marea. La zona estudiada mide aproximadamente 1.600 millones de años luz de lado. En este espacio gigantesco, el ordenador sigue los desplazamientos del gas, los efectos de la materia oscura, el nacimiento de las estrellas y la luz que producen. En total, los investigadores utilizaron cerca de 500.000 millones de pequeños elementos de cálculo.
Al principio, la materia está distribuida de manera casi uniforme. Poco a poco, la gravedad reúne el gas y la materia oscura. Se forman regiones más densas que después dan origen a las galaxias. La simulación permite observar esta evolución a gran escala o acercarse a una galaxia concreta.
Los investigadores también quisieron comprender cómo el Universo se volvió transparente a gran parte de la luz. Después de la formación de los primeros átomos, el espacio estaba lleno de hidrógeno que absorbía ciertos tipos de luz. Las primeras estrellas emitieron suficiente radiación para transformar gradualmente este gas y permitir que la luz viajara con mayor libertad.
Mapa de las variaciones de la materia ordinaria y de la materia oscura en las condiciones iniciales de la simulación Lumina. Las líneas blancas muestran los movimientos relativos de ambos componentes.
Crédito: colaboración Lumina.
Un fenómeno similar afectó después al helio. Según los cálculos, fueron sobre todo los agujeros negros gigantes activos, presentes en el centro de algunas galaxias, los que proporcionaron la luz muy energética necesaria. Lumina permite estudiar estas dos grandes transformaciones en una misma simulación.
Para realizar este trabajo, los científicos utilizaron Frontier, uno de los superordenadores más potentes del mundo. También publicaron vídeos que muestran la formación de las galaxias y la evolución del gas a través del espacio.
Estas imágenes representan lo que las leyes de la física y los conocimientos actuales permiten calcular. Ahora los investigadores podrán comparar sus resultados con las observaciones del telescopio James-Webb y de otros instrumentos, para comprobar si su reconstrucción se corresponde con el Universo real.