D16 Cosmología Computacional: Simulaciones de Muchos Cuerpos

Tópico

El protagonista de este modelo son las simulaciones cosmológicas de muchos cuerpos, que integran las trayectorias de una cantidad enorme de partículas de materia oscura —y, en sus versiones hidrodinámicas, también de gas— dentro de un volumen cúbico con condiciones de contorno periódicas y con el fondo en expansión del modelo estándar.

Distintas simulaciones de referencia han ido escalando, con el paso del tiempo, desde diez mil millones de partículas dentro de un volumen moderado hasta decenas de miles de millones de partículas dentro de un volumen enorme, la mayor simulación hidrodinámica jamás corrida hasta la fecha.

La herramienta que permite comparar estas simulaciones contra las observaciones reales es un conjunto estadístico compartido por ambas: el espectro de potencia, la función de correlación, la función de masa de los halos y los perfiles de densidad, todos ellos medibles con los mismos instrumentos reales descritos a lo largo de este documento.

Lo más notable de estas simulaciones modernas es su propia retroalimentación a múltiples escalas: dentro de un mismo volumen simulado modelan, a la vez, la cosmología a escala de miles de megaparsecs y los procesos estelares dentro de galaxias individuales a escala de apenas unos pocos kiloparsecs, con la retroalimentación de las supernovas y de los núcleos activos regulando, a su vez, la propia formación estelar que las originó. Sin esa retroalimentación, las simulaciones producen demasiadas estrellas y halos con perfiles erróneos; con una retroalimentación bien calibrada, en cambio, el universo simulado reproduce fielmente las observaciones reales.

Comparar estas mismas simulaciones contra los sondeos más recientes ya está revelando, además, tensiones que podrían señalar física nueva más allá del modelo estándar. Así, desde las simulaciones cosmológicas de muchos cuerpos con las que arranca este documento hasta esas tensiones con física nueva con las que termina, pasando por la escala creciente de partículas simuladas y el conjunto estadístico compartido con las observaciones, la cosmología computacional hace que un mismo universo simulado, regulado por su propia retroalimentación interna, termine puesto a prueba contra el universo real, escalón por escalón, hasta encontrar dónde ambos empiezan a diferir.

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