Investigadores de Estados Unidos crean un modelo preciso de los primeros 2 mil millones de años de la historia cósmica gracias a los datos del superordenador Frontier. Con ello, los astrónomos han podido estudiar cómo se formó el universo.
El Telescopio Espacial James Webb y el Nancy Grace Roman revelan los primero capítulos del universo con un detalle extraordinario gracias al desarrollo de Lumina, una de las simulaciones más grandes y detalladas en la que han participado investigadores de la Universidad Harvard y el Smithsonian.
En un estudio, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, el nuevo modelo recrea cómo interactuaron la materia ordinaria, la materia oscura y la radicación durante los primeros 2 mil millones de años del universo. Al comparar las observaciones con las predicciones, los expertos pudieron determinar si su comprensión de las leyes físicas seguía siendo precisa.
Durante siglos, los astrónomos han observado el cielo y han creado modelos sofisticados para explicar cómo se formó el cosmos. Hoy en día, las simulaciones permiten a los investigadores plasmar sus teorías en predicciones exactas.
En particular, cuando estas observaciones coinciden con dichas proyecciones, crece la confianza en las teorías existentes. Cuando no, los astrónomos tienen la oportunidad de descubrir nuevas claves del universo.
Según explica el autor principal del trabajo y miembro del Centro de Astrofísica Harvard y Smithsonian, Olivier Zier, con la ayuda de James Webb el cosmos se ha convertido en una nueva frontera en la astrofísica. “Para entender lo que vemos, necesitamos traducir nuestras teorías en predicciones detalladas”, demanda.
Lumina es la mayor simulación cosmológica de radiación hidrodinámica jamás creada. Este modelo recrea cómo los ‘ingredientes’ fundamentales del universo –como el gas, la materia oscura y la luz– interactuaron para formar estrellas y galaxias.
En concreto, esta simulación sigue los primeros 2 mil millones de años de la historia cósmica e investiga cómo surgieron las primeras galaxias y las vastas regiones de gas entre ellas. Además, este sistema cubre más de 100 veces el volumen de espacio modelado por simulaciones anteriores y es el primero en capturar la reionización del helio a medida que ocurrió.
Lumina abarca una región equivalente a un cubo de 1 500 millones de años luz a cada lado, comparable a la escala que los astrónomos pueden observar con los telescopios más poderosos de la actualidad.
“Somos muy afortunados por estar construyendo simulaciones como esta”, señala el autor del estudio e investigador en la Universidad de Texas (Estados Unidos), Aaron Smith. “Por primera vez, podemos observar cómo el hidrógeno o el helio evolucionaron hacia su forma moderna a lo largo de un volumen tan inmenso del universo, mientras analizamos las galaxias y otros objetos que impulsan esa transformación”.
Para crear Lumina se necesitaron más de 15 000 unidades de procesamiento gráfico en Frontier, uno de los superordenadores más rápidos del mundo. Su potencia de cálculo permitió a los investigadores modelar un volumen sin precedentes del universo temprano mientras mantenían el nivel de detalle para estudiar la formación de galaxias, estrellas y agujeros negros.
El equipo de investigación diseñó esta simulación como una plataforma para probar nuevas ideas sobre la formación y la evolución del universo. Los futuros estudios servirán para investigar cómo se mueven los gases entre las galaxias, cómo la radiación del Big Bang dio forma a la evolución cósmica y cómo se desarrollaron, con el tiempo, las regiones de intensa formación estelar.
Referencia:
Zier, O. et al. Introducing the LUMINA project: large-volume radiation-hydrodynamic simulations of the epochs of hydrogen and helium reionization. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2026
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