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Simulación cosmológica general (Box0/mr) del proyecto Magneticum Pathfinder, mostrando apenas como puntos los cúmulos masivos de estrellas. Imagen: Klaus Dolag. Fuente: Magneticum Pathfinder.
Han sido necesarios dos años de investigación, 25 millones de horas de CPU, 155 terabytes de capacidad y 86.016 núcleos procesadores para lograr unos números en los resultados que sorprenden en igual medida: 320 terabytes de datos científicos para simular 180.000 millones de elementos espaciales en un área cúbica de 12.500 millones de años luz de tamaño.
Detrás de todo ello se esconde un nombre: Magneticum Pathfinder, un proyecto liderado por el equipo de astrofísicos de Klaus Dolag, de la Universidad de Múnich, en el marco del cual se ha logrado realizar la mayor simulación hidrodinámica cosmológica de la historia de la ciencia.
El tamaño, esta vez, sí lo es todo. O, al menos, buena parte: la gran amplitud de la simulación ha permitido, por primera vez, que los datos y predicciones teóricas hayan podido contrastarse con los datos recopilados mediante telescopios espaciales como el Hubble o el Planck. Algo que, hasta ahora, resultaba imposible, dada la pequeña escala con la que trabajaban las simulaciones.
La ayuda de la supercomputación
Para lograr un proyecto tan ambicioso, ha sido necesaria la cooperación de los investigadores del proyecto Magneticum Pathfinder con expertos de otras instituciones: desde la Universidad Técnica de Múnich hasta el Centro de Supercomputación de Leibniz (LRZ) en la Academia de Ciencias de Baviera ; por ejemplo, proporcionó los medios técnicos para la realización, desarrollados a lo largo de diez años de estudio.
Esos medios se traducían en dos aspectos: el software, en forma de códigos de simulación, “tenía que ser adaptado constantemente a las tecnologías cambiantes y el nuevo hardware”, explica Dolag al referirse también a la necesidad de mejorar los modelos para añadir las últimas observaciones del cosmos proporcionadas por los centros de investigación.
Este software no es lo único que el LRZ proporcionó a los investigadores ni, de hecho, lo más importante. Durante diversos períodos a lo largo de los dos años de proyecto, la supercomputadora SuperMUC destinó todo su potencial a calcular la simulación del Magneticum Pathfinder, algo que Dolag no cree que le hubiera permitido hacer ningún otro centro de supercomputación.
Detrás de todo ello se esconde un nombre: Magneticum Pathfinder, un proyecto liderado por el equipo de astrofísicos de Klaus Dolag, de la Universidad de Múnich, en el marco del cual se ha logrado realizar la mayor simulación hidrodinámica cosmológica de la historia de la ciencia.
El tamaño, esta vez, sí lo es todo. O, al menos, buena parte: la gran amplitud de la simulación ha permitido, por primera vez, que los datos y predicciones teóricas hayan podido contrastarse con los datos recopilados mediante telescopios espaciales como el Hubble o el Planck. Algo que, hasta ahora, resultaba imposible, dada la pequeña escala con la que trabajaban las simulaciones.
La ayuda de la supercomputación
Para lograr un proyecto tan ambicioso, ha sido necesaria la cooperación de los investigadores del proyecto Magneticum Pathfinder con expertos de otras instituciones: desde la Universidad Técnica de Múnich hasta el Centro de Supercomputación de Leibniz (LRZ) en la Academia de Ciencias de Baviera ; por ejemplo, proporcionó los medios técnicos para la realización, desarrollados a lo largo de diez años de estudio.
Esos medios se traducían en dos aspectos: el software, en forma de códigos de simulación, “tenía que ser adaptado constantemente a las tecnologías cambiantes y el nuevo hardware”, explica Dolag al referirse también a la necesidad de mejorar los modelos para añadir las últimas observaciones del cosmos proporcionadas por los centros de investigación.
Este software no es lo único que el LRZ proporcionó a los investigadores ni, de hecho, lo más importante. Durante diversos períodos a lo largo de los dos años de proyecto, la supercomputadora SuperMUC destinó todo su potencial a calcular la simulación del Magneticum Pathfinder, algo que Dolag no cree que le hubiera permitido hacer ningún otro centro de supercomputación.
Simulación. Imagen: Klaus Dolag/LMU. Fuente: www.magneticum.org.
El alcance asombra
Ese esfuerzo conjunto permitió crear una simulación cuyo alcance asombra, pues cubre el área de un cubo con un tamaño de 12.500 millones de años luz. Más detalladamente, ese “cubo” se puede dividir en 180.000 elementos únicos, cada uno con un contenido de unos 500 bytes de información para representar propiedades concretas de distintos aspectos del universo.
A pesar de su enorme rango, los aspectos se podrían dividir en tres apartados aglutinantes, en los que los científicos se quisieron centrar al ser los más importantes del universo: la energía oscura, la materia oscura, y la materia visible, si bien es esta última (como cabría esperar) la única que aparece en la simulación.
Con estos tres elementos en mente, se añadieron luego los procesos de transformación más destacados que han venido teniendo lugar desde el Big Bang: la condensación de la materia para formar estrellas, la evolución de estas (ya sea con los vientos estelares calentando sus alrededores, con la formación de discos protoplanetarios y planetas, o con la proliferación de elementos químicos tras la explosión de las supernovas), y la expulsión de energía por parte de los agujeros negros.
Unidos todos estos elementos, y con la ayuda del apartado técnico, el proyecto Magneticum Pathfinder pudo realizar un seguimiento de la evolución de ese sector elegido del universo en los últimos miles de millones de años.
El resultado de todo ese proceso fue clave, y podemos verlo en los datos al inicio del artículo; pero no solo los datos hablan, sino también el hecho de que ahora estén disponibles en todo el mundo para cualquier investigador que esté interesado en ellos. Su alcance es tal que, en palabras de Dolag, “marcará el comienzo de una nueva era en la cosmología basada en computación”.
Ese esfuerzo conjunto permitió crear una simulación cuyo alcance asombra, pues cubre el área de un cubo con un tamaño de 12.500 millones de años luz. Más detalladamente, ese “cubo” se puede dividir en 180.000 elementos únicos, cada uno con un contenido de unos 500 bytes de información para representar propiedades concretas de distintos aspectos del universo.
A pesar de su enorme rango, los aspectos se podrían dividir en tres apartados aglutinantes, en los que los científicos se quisieron centrar al ser los más importantes del universo: la energía oscura, la materia oscura, y la materia visible, si bien es esta última (como cabría esperar) la única que aparece en la simulación.
Con estos tres elementos en mente, se añadieron luego los procesos de transformación más destacados que han venido teniendo lugar desde el Big Bang: la condensación de la materia para formar estrellas, la evolución de estas (ya sea con los vientos estelares calentando sus alrededores, con la formación de discos protoplanetarios y planetas, o con la proliferación de elementos químicos tras la explosión de las supernovas), y la expulsión de energía por parte de los agujeros negros.
Unidos todos estos elementos, y con la ayuda del apartado técnico, el proyecto Magneticum Pathfinder pudo realizar un seguimiento de la evolución de ese sector elegido del universo en los últimos miles de millones de años.
El resultado de todo ese proceso fue clave, y podemos verlo en los datos al inicio del artículo; pero no solo los datos hablan, sino también el hecho de que ahora estén disponibles en todo el mundo para cualquier investigador que esté interesado en ellos. Su alcance es tal que, en palabras de Dolag, “marcará el comienzo de una nueva era en la cosmología basada en computación”.
Referencias bibliográficas:
K. Dolag, B.M. Gaensler, A.M. Beck, M.C. Beck. Constraints on the distribution and energetics of fast radio bursts using cosmological hydrodynamic simulations. MNRAS (2015) DOI: arXiv:1412.4829.
Adelheid F. Teklu, Rhea-Silvia Remus, Klaus Dolag, Alexander M. Beck, Andreas Burkert, Andreas S. Schmidt, Felix Schulze, Lisa K. Steinborn. Connecting Angular Momentum and Galactic Dynamics: Thex complex Interplay between Spin, Mass, and Morphology. The Astrophysical Journal (2015) DOI: 10.1088/0004-637X/812/1/29.
K. Dolag, B.M. Gaensler, A.M. Beck, M.C. Beck. Constraints on the distribution and energetics of fast radio bursts using cosmological hydrodynamic simulations. MNRAS (2015) DOI: arXiv:1412.4829.
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