En el campo de la astronomía, los avances tecnológicos son tan importantes como las observaciones directas. En este sentido, el supercomputador Frontier ha marcado un hito al realizar la simulación más grande y compleja del universo conocida hasta ahora. Este logro no solo redefine nuestra capacidad de modelar el cosmos, sino que también abre nuevas perspectivas para comprender fenómenos misteriosos como la materia oscura y la energía oscura.
¿Qué hace único a Frontier?
Frontier es un supercomputador de clase exaescala, lo que significa que puede realizar un quintillón de cálculos por segundo. Para poner esto en perspectiva, sería como si cada persona en el planeta realizara un millón de cálculos por segundo durante más de 30 años. Con esta capacidad, Frontier supera las limitaciones de las simulaciones anteriores, que solían simplificar la física del universo para manejar la carga computacional.
Este supercomputador fue desarrollado como parte del Proyecto de Computación Exaescala del Departamento de Energía de los Estados Unidos, que involucró una inversión de 1.8 mil millones de dólares a lo largo de ocho años. Aunque recientemente fue superado en velocidad por el supercomputador El Capitan, las simulaciones de Frontier marcan un momento clave en la astrofísica computacional.
¿Qué se simuló exactamente?
El equipo detrás de Frontier utilizó el Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code (HACC) para modelar la evolución de grandes porciones del universo. Este código, desarrollado durante 15 años, permite simular no solo la gravedad, sino también fenómenos complejos como el comportamiento de los gases calientes, la formación de galaxias, estrellas y agujeros negros.
Uno de los logros más destacados fue replicar un espacio similar al observado por telescopios como el Observatorio Rubin en Chile, abarcando miles de millones de años de expansión cósmica. Esto permite comparar las simulaciones con datos reales, validando las teorías existentes o sugiriendo nuevos caminos de investigación.
En términos de contenido, la simulación abarca el 5% de la materia visible del universo, como estrellas y planetas, pero también el 27% correspondiente a la materia oscura, que interactúa gravitacionalmente pero no emite luz. Además, aborda el 68% restante, asociado a la energía oscura, la fuerza misteriosa detrás de la aceleración de la expansión del universo.
La importancia de la materia oscura y la energía oscura
La materia oscura y la energía oscura son como el «esqueleto» y la «sangre» del cosmos, respectivamente. Aunque no podemos observar directamente la materia oscura, su presencia se deduce a partir de sus efectos gravitatorios en las galaxias y cúmulos galácticos. Por su parte, la energía oscura sigue siendo un enigma aún mayor, responsable de que el universo se expanda a un ritmo cada vez más rápido.
La simulación de Frontier incluye ambos elementos con un nivel de detalle sin precedentes, lo que permite estudiar cómo interactúan con la materia visible. Esto podría ayudar a responder preguntas fundamentales, como la composición exacta de la materia oscura o las propiedades de la energía oscura.
¿Cómo transforma esto nuestra comprensión del universo?
Anteriormente, las simulaciones a gran escala del universo utilizaban aproximaciones basadas solo en la gravedad, debido a limitaciones computacionales. Con Frontier, se incorpora una «receta completa», según Salman Habib, director de ciencias computacionales del Laboratorio Nacional de Argonne. Esto incluye todos los ingredientes físicos que influyen en la formación y evolución del cosmos.
Por ejemplo, en una sección de la simulación se observa cómo las galaxias se forman y se mueven a lo largo de miles de millones de años. Estos resultados no solo confirman lo que ya sabemos, sino que también generan hipótesis sobre fenómenos que aún no entendemos completamente.
¿Qué sigue en la carrera de los supercomputadores?
Aunque Frontier ya no es el supercomputador más rápido del mundo, su impacto en la astrofísica es innegable. El recientemente coronado El Capitan, con una capacidad de 1.742 quintillones de cálculos por segundo, promete llevar las simulaciones a niveles aún más avanzados.
Desde WWWhat’s New, creemos que la combinación de estas herramientas tecnológicas con observaciones astronómicas podría acercarnos a respuestas clave sobre el origen, la evolución y el futuro del universo. Además, estos avances benefician a otras áreas de la ciencia y la ingeniería, desde el diseño de materiales hasta la biomedicina.
La simulación del universo creada por Frontier es una ventana al pasado, presente y futuro del cosmos. Nos permite explorar preguntas fundamentales sobre nuestro lugar en el universo y los misterios que aún quedan por resolver. Con herramientas como esta, estamos más cerca de descifrar el gran rompecabezas cósmico.