En un logro sin precedentes para la astrofísica y la computación de alto rendimiento, la supercomputadora Frontier ha ejecutado la simulación más grande del universo jamás realizada. Este modelo no solo representa una hazaña técnica, sino también una ventana al entendimiento de la materia visible y la enigmática materia oscura, ofreciendo una nueva perspectiva sobre la evolución del cosmos.
¿Qué es Frontier y qué simuló?
Frontier, alojada en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, es una supercomputadora de clase exascale capaz de realizar un quintillón de cálculos por segundo. Esto la convierte en una de las máquinas más poderosas jamás construidas, diseñada específicamente para resolver problemas a escalas que antes eran inalcanzables.
En esta simulación, Frontier recreó el contenido y la evolución del universo, desde la materia visible, como galaxias y estrellas, hasta las propiedades de la materia oscura, una forma de materia que no emite ni refleja luz pero que influye gravitacionalmente en el cosmos.
Los cálculos, realizados por un equipo liderado por investigadores del Laboratorio Nacional Argonne, abarcaron miles de millones de años de expansión cósmica, proporcionando datos que hasta ahora solo podían imaginarse en aproximaciones limitadas a la gravedad.
El universo simulado: Materia atómica y materia oscura
Para entender la relevancia de esta simulación, es esencial comprender cómo está compuesto el universo:
- Materia visible (bariónica): Representa solo el 5% del contenido total del cosmos e incluye estrellas, planetas, agujeros negros y gases interestelares.
- Materia oscura: Constituye aproximadamente el 27% del universo. Aunque invisible, se infiere su existencia a través de los efectos gravitacionales que tiene sobre la materia visible.
- Energía oscura: Representa el restante 68%, impulsando la expansión acelerada del universo.
La simulación de la supercomputadora Frontier incluyó la evolución de estas componentes en un modelo de precisión sin precedentes, incorporando no solo la influencia gravitacional, sino también los procesos dinámicos relacionados con gases calientes, formación de estrellas, agujeros negros y galaxias.
La importancia de una simulación a Exaescala
Antes de la supercomputadora Frontier, las simulaciones cosmológicas de esta magnitud eran imposibles debido a limitaciones en el poder de cómputo. Ahora, con su capacidad exascale, los científicos pudieron replicar fenómenos cósmicos que coinciden con observaciones realizadas por telescopios modernos, como el Observatorio Vera C. Rubin en Chile.
“La escala y el realismo físico de esta simulación son claves para compararla con los datos que estamos obteniendo de los telescopios más avanzados”.
Así explicó Bronson Messer, director de ciencia del Oak Ridge Leadership Computing Facility.
La simulación permitió observar:
- Evolución cósmica a gran escala: Cómo las galaxias y cúmulos de galaxias se formaron y distribuyeron a lo largo de miles de millones de años.
- Movimiento galáctico detallado: Una aproximación precisa de los procesos dinámicos que moldearon el universo observable.
Estas visualizaciones brindan un marco de referencia para interpretar los datos de los observatorios, conectando modelos teóricos con evidencia empírica.
Implicaciones para la ciencia
Los resultados de la supercomputadora Frontier son fundamentales para avanzar en áreas clave:
- Comprender la materia oscura: Las simulaciones ayudan a identificar propiedades y comportamientos potenciales de este misterioso componente del universo.
- Explorar la formación de galaxias: Los modelos detallados arrojan luz sobre los procesos que dieron forma a las estructuras actuales.
- Refinar observaciones astronómicas: Al alinear simulaciones con datos observados, los científicos pueden ajustar teorías y modelos cosmológicos.
El código utilizado para la simulación, el Código de Cosmología Acelerada Híbrida/Hardware (HACC), ha sido desarrollado durante 15 años y fue optimizado como parte del Proyecto de Computación a Exaescala del Departamento de Energía de los Estados Unidos.
Aunque Frontier fue la supercomputadora más rápida del mundo cuando completó esta simulación, su posición ha sido superada por El Capitan, una máquina aún más poderosa capaz de realizar hasta 2,79 quintillones de cálculos por segundo. Aun así, Frontier representa un hito en la historia de la computación y la ciencia, estableciendo las bases para futuros descubrimientos.
El uso de supercomputadoras como Frontier y El Capitan promete revolucionar no solo la cosmología, sino también campos como la física de partículas, el diseño de materiales y el modelado climático.
El universo, en toda su vastedad y misterio, sigue siendo un desafío para la comprensión humana. La supercomputadora Frontier ha dado un paso monumental hacia ese entendimiento, proporcionando un modelo sin precedentes de la evolución cósmica.
Referencia:
- Oak Ridge National Laboratory/Record-breaking run on Frontier sets new bar for simulating the universe in the exascale era. Link.
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