Pitzadura bila eredu kosmologiko estandarrean

Nazioarteko astrofisikari-talde batek (Donostia International Physics Centerreko ikertzaileak barne) proiektu bat aurkeztu du, galaxien eta eskala handiko egitura kosmikoen eraketa simulatzen duena espazioko eremu izugarri handietan. MillenniumTNG haien proiektuaren lehen emaitzak duela gutxi argitaratu dira 10 artikuluko sail batean, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) aldizkarian. Kalkulu berri horiekin, eredu kosmologiko estandarrari zehaztasun-probak egin ahal izango zaizkio, eta horrek aukera eman lezake unibertsoari buruzko funtsezko alderdiak argitzeko.

Azken hamarkadetan, kosmologoek susmo harrigarri bat izan dute: unibertsoko materia “materia ilun” arraro baten mende dago, eta haren hedatze azeleratua ”energia ilun” are arraroago batek eragiten du, zeinak antigrabitate moduko baten antzera jarduten baitu. Materia arrunt ikusgaia, zeina planeta, izar eta galaxiak (besteak beste, gure Esne Bidearena) eratzen dituen materiala baita, nahaste kosmikoaren % 5 baino gutxiago da. Eredu kosmologiko itxuraz arraro hori ΛCDM izenez da ezaguna.

Behatutako fenomeno kosmologikougari azaldu daitezke ΛCDMren bidez, hala mikrouhin-erradiazio kosmikoa —Big Bang beroak utzitako hondar-beroa— nola galaxiek harizpiz osatutako sare baten barruan duten “sare kosmiko”aren antolaera. Edonola ere, oraindik ez dugu ulertzen ΛCDMren bi osagai nagusien (materia ilunaren eta energia ilunaren) izaera fisikoa. Misterio horrek sustatuta, ΛCDM teorian iragarpenek huts egingo luketen tokiak bilatzeari ekin diote astrofisikariek. Hala ere, “pitzadurak” bilatzeko, behaketa-datu bereziki sentikorrak eta ΛCDM ereduak berekin benetan dakarrenari buruzko iragarpen zehatzak behar dira.

Aste honetan, Donostia International Physics Centerreko ikertzaile-talde batek, Max Planck Astrofisikako Institutuarekin, Harvardeko Unibertsitatearekin, Durhameko Unibertsitatearekin eta Yorkeko Unibertsitatearekin batera, pauso erabakigarri bat eman du ΛCDM eredua ulertzeko erronkan. Orain arteko simulazio kosmologikoen multzo osatuena garatu dute. MillenniumTNG proiektu honetarako, software espezializatua erabili zuten bi superordenagailu oso ahaltsutan (Cosma8 Erresuma Batuan eta SuperMUG Alemanian), non 300.000 konputagailu-nukleok ehun bat milioi galaxiaren formazioa arakatu baitzuten unibertsoko 2.300 milioi argi-urte inguruko eskualde batean (ikusi 1. irudia).

MillenniumTNG proiektuak hain bolumen handietan oinarrituta simulatzen ditu galaxiak eratzen dituzten prozesuak, ezen unibertso osoaren adierazgarritzat jo baitaitezke. Simulazio horiei esker, zehaztasunez ebalua daiteke prozesu astrofisikoek (adibidez, supernoben eztandek eta zulo beltz supermasiboek) materia kosmikoaren banaketan duten eragina. Neutrino masiboen presentzia ere zuzenean simulatzen dute kalkulu horiek. Oinarrizko partikula oso arinak dira neutrinoak, unibertsoko masaren ia % 2 osatzen dutenak. Oso txikiak izan arren, zundaketa kosmologikoko datuek —adibidez, Europako Espazio Agentziak duela gutxi jaurtitako Euclid satelitearenek— luze baino lehen aukera eman lezakete kosmoseko neutrinoak lehen aldiz detektatzeko, datu horiek laster lortuko duten zehaztasun-mailari esker.

Ordenagailu bidezko simulazioek kosmologia modernoan duten garrantzia azpimarratzen duten iragarpen teoriko berrien multzo handi bat erakutsi dute MillenniumTNG proiektuaren lehenengo emaitzek. MNRAS aldizkarian agertu berri dira lantaldeak idatzi eta aurkeztu dituen atariko hamar artikulu zientifiko.

Azterlanetako bat, Donostia International Physics Centerrek zuzendua, eredu kosmologikoari buruzko zenbait suposiziotan oinarrituta milioika unibertso birtual oso bizkor eratzen dituzten tresnak sortzen zentratu zen. Sergio Contreras doktoreak —MTNGko taldearen azterlan honetako lehen autorea eta zeinak datuak aztertu zituen DIPCren Siperkonputazio Zentroko superordenagailuak erabiliz— dioenez, “MillenniumTNG proiektuak aukera eman digu materia ilunaren eta galaxien arteko erlazioei buruz ikertzeko modu berriak garatzeko eta ΛCDM ereduan pitzadurak aurkitzeko nola erabil ditzakegun jakiteko“. Ikasketa automatikoko algoritmoei esker, taldeak iragarri ahal izan zuen nolakoa izango litzatekeen unibertsoa neutrinoek beste masa bat edukiko balute edota grabitatearen legea Einstenek proposatu zuenaz bestelakoa izango balitz. Raul Angulo irakasle eta DIPCeko ikertzaileak adierazi duenez, “Azken urteotan iraultza bat ikusi dugu eredu informatikoak eraikitzeko moduan, eta zirraragarria da ikustea horrek zenbat ate ireki dizkigun kosmosari buruzko funtsezko alderdiak ulertzeko bidean”.

MTNG proiektuaren beste ikerketa batzuetan aztertu da nola zehazten duen materiaren eskala handiko banaketak galaxien forma; berriki James Webb espazio-teleskopioaren bidez aurkitutako unibertso gazteko galaxia oso masiboen populazioari buruzko iragarpenak; eta mila milioi galaxiatik gora dituzten unibertso birtualen eraikuntza.

Millennium TNG proiektuaren simulazioen lehenengo emaitzek argi uzten dute oso baliagarriak izango direla estrategia hobeak diseinatzeko hurrengo datu kosmologikoak aztertzeko. Lantaldeko ikertzaile nagusiak, MPAko zuzendari den Volker Springel irakasleak, honela dio: “MillenniumTNGk bateratzen ditu, batetik, galaxien eraketaren simulazioetako aurrerapen berrienak eta, bestetik, eskala handiko egitura kosmikoaren eremua, eta, horri esker, galaxiek unibertsoko materia ilunaren ardatzarekin duten loturari buruzko eredu teoriko hobea lor daiteke. Hori funtsezkoa izan daiteke kosmologiaren alorreko funtsezko alderdietan hobetzeko; adibidez, neutrinoen masa eskala handiko egiturako datuekin mugatzeko modu onena aurkitzeko”. Simulazio hidrodinamiko nagusiak gutxi gorabehera 170 milioi CPU-ordu behar izan zituen: hau da, lau nukleoko ordenagailu bat ia 5.000 urtez lanean aritzearen baliokidea. Proiektu osoak 2 petabyte baino gehiago sortu zituen simulazio-datutan. Aktibo baliotsua da hori guztia etorkizunean egingo diren ikerketetarako; ikerketa horietan parte hartzen duten zientzialariek urte askoan aritzeko adina datu dituzte.