E10 Cosmología Computacional

Tópico

El protagonista de este modelo es la simulación cosmológica de muchos cuerpos, que sigue las trayectorias de una cantidad enorme de partículas de materia oscura bajo su propia gravedad.

Para que esa simulación resulte manejable, combina dos técnicas complementarias según el alcance de la fuerza que hay que calcular: un algoritmo de árbol, adecuado para las fuerzas de corto alcance entre partículas cercanas, y una malla que resuelve la gravedad mediante técnicas de Fourier, adecuada para las fuerzas de largo alcance; esa combinación hace que la simulación pueda seguir tanto las interacciones cercanas como las lejanas sin un costo de cálculo excesivo.

Cuando esa misma simulación se vuelve hidrodinámica, incorpora, además de la materia oscura, el propio gas cósmico, con su enfriamiento radiativo, la formación estelar que ese enfriamiento permite y la retroalimentación que las supernovas y los núcleos activos de galaxias inyectan de vuelta sobre ese gas; añadir esta física hace que la simulación deje de describir solo la gravedad y empiece a describir también la física bariónica que la acompaña.

Reproducir correctamente la estadística de las oscilaciones acústicas de bariones exige que esa simulación cosmológica se ejecute en cajas de un tamaño del orden de mil megaparsecs, porque una caja más pequeña no alcanza a contener esa escala característica. Los universos sintéticos que resultan de todo este proceso sirven, a su vez, para calibrar los propios estimadores observacionales y para cuantificar el sesgo con el que las galaxias visibles trazan, de forma imperfecta, la distribución real de la materia. Así, desde la simulación cosmológica de muchos cuerpos con la que arranca este documento hasta ese sesgo de trazado que termina cuantificando, pasando por la combinación de algoritmos según el alcance de la fuerza, la física bariónica añadida y el tamaño mínimo de caja que exige la estadística de bariones, la simulación cosmológica hace que un universo entero, reducido a partículas y ecuaciones, termine sirviendo para calibrar la manera en que se interpretan las propias observaciones del universo real.

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