En una escala relativista, el espacio y el tiempo se enredan. Un segundo puede ser más largo o más corto dependiendo de dónde te encuentres; algo que se mueve más rápido parecerá más pequeño para un observador externo; Si te acercas lo suficiente a un agujero negro, su centro se convierte, en un sentido muy literal, en tu futuro.
Y, por supuesto, si miras en el lugar correcto, podrás ver a través del tiempo. Solo en una dirección, es cierto, pero es cierto: mira algo que está a años luz de distancia y lo verás como era entonces y no como es ahora. Si fijas tu mirada lo suficientemente lejos, como hasta el borde mismo del universo observable, podrás vislumbrar los primeros momentos de la existencia misma.
Todo eso está muy bien para descubrir qué pasó, pero cómo pasó es otra cuestión completamente diferente. Ahora se ha lanzado una nueva simulación por computadora, mucho más grande, más poderosa y más detallada que cualquier otra anterior, para encontrar las respuestas.
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Explicando los orígenes del universo
La estructura de la red cósmica simulada por Lumina,
(Crédito de la imagen: Oliver Zier, Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian)
Unos 380.000 años después del Big Bang (apenas un parpadeo en el tiempo cosmológico) todo se oscureció. Eso es literalmente cierto: en ese momento, el universo naciente estaba lleno de hidrógeno eléctricamente neutro, lo que ayudó al Fondo Cósmico de Microondas a viajar libremente por el espacio. Sin embargo, las estrellas y galaxias que producían luz aún no se habían formado. Pero debido a eso, también es cierto en sentido figurado: sin nada a lo que apuntar sus telescopios, los astrónomos chocaron contra una pared de ladrillos en el universo antes de ese punto; simplemente no podían ver lo que estaba sucediendo tan atrás en el tiempo.
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Pero eso no significa que no podamos adivinar. Sabemos que, para poner fin a esta era oscura cósmica, tanto el hidrógeno como el helio deben haberse reionizado. Tenemos teorías sobre lo que debería haber existido dentro de este universo envuelto. Y ahora tenemos Lumina, capaz de simular 2.000 millones de años de evolución cósmica en una zona del espacio de 1.600 millones de años luz de ancho, para ver cómo un conjunto de condiciones podría haber llevado al otro.
“Nos sentimos increíblemente afortunados de estar construyendo simulaciones como Lumina”, dijo en un comunicado de prensa Aaron Smith, profesor asistente de física en la Universidad de Texas en Dallas y autor de un nuevo artículo que presenta el proyecto. “Por primera vez, podemos seguir cómo el hidrógeno y el helio cambiaron a su forma moderna en un volumen tan enorme del universo, mientras seguimos resolviendo las galaxias y otros objetos luminosos que impulsan esa transformación”.
Es un enfoque que, por astronómico que sea, no parecería fuera de lugar en una novela de Sherlock Holmes. No podemos ver con precisión lo que ocurrió hace miles de millones de años, pero Lumina puede tomar varias condiciones iniciales y modelar lo que probablemente sucedió. Si los resultados de la simulación coinciden con lo que podemos ver, es una fuerte evidencia de la precisión del modelo.
“Con [the James Webb Space Telescope]el universo primitivo se ha convertido en una nueva y apasionante frontera en astrofísica”, afirmó Oliver Zier, miembro del ITC en el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian e investigador principal del proyecto en el comunicado de prensa. “Para comprender lo que estamos viendo con este telescopio, necesitamos traducir nuestras teorías en predicciones detalladas”.
“Después de varios años de trabajo, con muchos altibajos, es increíblemente gratificante ver los resultados de la simulación y ver cómo nuestras predicciones cobran vida en vídeo”, añadió Zier.
Más grande, mejor y recién comenzando
Con Lumina, el equipo pudo modelar con un detalle sin precedentes las interacciones complejas en todo el universo que iniciaron la reionización tanto del hidrógeno (probablemente como resultado de que las primeras estrellas y galaxias finalmente reunieron suficiente luz ultravioleta para alejar los electrones de los átomos neutros de hidrógeno) como del helio, que en contraste probablemente fue alimentado por energía de los primeros agujeros negros supermasivos.
Es innegablemente un resultado impresionante, pero está lejos del límite del potencial de Lumina. El nuevo modelo no sólo apunta a resolver el misterio de la reionización; Los investigadores también han puesto su mirada en las primeras galaxias y agujeros negros, iluminando sus orígenes y evolución a través de períodos de tiempo cosmológicos hasta ahora ocultos a la ciencia.
“Una de las principales ventajas de Lumina es su gran tamaño”, dijo Xuejian (Jacob) Shen, miembro del ITC en el Centro de Astrofísica de la Universidad de Harvard y coautor del proyecto, en una declaración al MIT News. “Produce enormes poblaciones de galaxias simuladas, lo que finalmente nos permite hacer comparaciones con las muestras de galaxias muy grandes que observarán los próximos estudios”.
Ahora que Lumina está disponible para la comunidad científica, la nueva simulación es un primer paso hacia un estudio verdaderamente colaborativo de los períodos más tempranos y misteriosos de nuestro universo. Los investigadores actuales y futuros podrán modelar escenarios a escalas increíbles y con un detalle sin precedentes, acercando y alejando las simulaciones para ver cómo varios procesos pueden haber evolucionado en casi cualquier escala.
“Otras simulaciones no pueden acercarse tanto”, dijo Mark Vogelsberger, profesor de física en el MIT y coautor del proyecto, en el comunicado del MIT. “La diferencia entre las escalas más pequeña y más grande que simulamos es mayor que en cualquier otra simulación”.
“Lumina hace de todo”, añadió. “[F]Desde la formación de estrellas y galaxias a pequeña escala hasta la reionización a gran escala de hidrógeno y helio, en un volumen 100 veces mayor que las mejores simulaciones anteriores”.
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