Una nueva simulación informática llamada Lumina modela el universo entre 50 y 200 millones de años después del Big Bang y traza cómo las primeras estrellas y los agujeros negros ayudaron a poner fin a las edades oscuras cósmicas. El trabajo se publicó en el número de noviembre de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Las edades oscuras cósmicas comenzaron después de que el universo se enfriara lo suficiente como para que los electrones se combinaran con el hidrógeno y el helio, formando gas neutro. Como todavía no había estrellas ni galaxias que produjeran luz, el cosmos primitivo entró en un periodo oscuro que los científicos comprenden menos plenamente que el Big Bang y lo que ocurrió inmediatamente después.
Lumina sigue la época de la reionización, cuando la radiación arrancó electrones del hidrógeno y el helio. El proceso se desarrolló de manera desigual: las primeras estrellas podían ionizar el hidrógeno y retirar un electrón del helio, mientras que la radiación de los agujeros negros supermasivos en formación era necesaria para retirar el segundo electrón del helio. La simulación muestra burbujas ionizadas que crecen alrededor de estructuras grandes, mientras amplias regiones permanecen neutras.
Los investigadores afirman que Lumina se encuentra entre las simulaciones más grandes y detalladas de este periodo. Abarca 1.500 millones de años luz por lado e incluye 200 millones de galaxias, a la vez que permite examinar la evolución de galaxias individuales. Según el comunicado del proyecto, su volumen supera en más de 100 veces el de simulaciones comparables.
El equipo utilizó la supercomputadora Frontier del Laboratorio Nacional de Oak Ridge para crear el modelo. El proyecto requirió unos 600 terabytes de memoria y tardó aproximadamente seis meses en ejecutarse. Su escala y nivel de detalle tienen como objetivo ayudar a los científicos a contrastar teorías con observaciones del Telescopio Espacial James Webb y del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman.
El autor principal, Oliver Zier, astrofísico computacional del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian, afirmó que comparar las observaciones de los telescopios con las simulaciones podría ayudar a los investigadores a estudiar la cantidad inesperadamente elevada de galaxias brillantes observadas en el universo primitivo. JWST puede examinar objetos individuales en detalle, mientras que se espera que Roman rastree zonas mucho más extensas del cielo y encuentre muestras más amplias de galaxias raras y brillantes.
Lumina se basa en modelos informáticos anteriores del cosmos, entre ellos IllustrisTNG, que proporcionó los cimientos del proyecto. Los investigadores esperan que la simulación ayude a los astrónomos a comprender mejor cómo se formaron las primeras estructuras luminosas y cómo emergió el universo de su largo periodo de oscuridad.
Fuentes: Smithsonian Magazine.