Simulación colosal de 3400 millones de galaxias

El mayor catálogo sintético de galaxias creado hasta la fecha, de acceso público para la comunidad científica, incluye 3400 millones de galaxias con 400 propiedades modeladas. El catálogo precede al que será el mayor mapa 3D real del universo y ayudará a desarrollar estrategias para la explotación científica de futuros cartografiados galácticos.

El catálogo ha sido desarrollado por un equipo de 11 instituciones del consorcio Euclid, liderado por investigadores del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE, ubicado en el campus de Bellaterra de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y adscrito al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)), en España, así como por expertos del PIC (Port d’Informació Científica), entidad ubicada en el campus antedicho.

El consorcio Euclid es la organización científica centrada en la actividad científica del Euclid, un telescopio espacial de la Agencia Espacial Europea (ESA) y que cuenta también con aportaciones de su homóloga estadounidense (NASA).

Lanzado al espacio en 2023, el Euclid está actualmente cartografiando un tercio del cielo en un periodo de tiempo de 6 años.

El citado catálogo sintético, conocido como “Flagship 2 Galaxy mock” y que está disponible en la plataforma CosmoHub, busca reproducir lo que el Euclid, de 1,2 metros de diámetro, podrá ver y capturar a lo largo de su misión, imitando el universo real. Debido a su gran volumen, estas simulaciones permiten representar galaxias muy distantes que emitieron su luz a más de 10.000 millones de años-luz de distancia.

Reproducir el universo con simulaciones computacionales antes de obtener el mapa 3D final ayudará a entender mejor lo que ve Euclid y permitirá estudiar el origen de la “red cósmica” (la estructura a gran escala del universo), poner a prueba el modelo cosmológico estándar y contribuir a desentrañar la naturaleza de la energía oscura y la de la materia oscura.

El equipo ha utilizado modelos computacionales producidos por la Universidad de Zúrich en Suiza que simulan el movimiento de 4 billones de partículas bajo la influencia de sus interacciones gravitacionales mutuas. De estos 4 billones, se identificaron 16.000 millones de objetos gravitacionalmente ligados, llamados halos, ubicados a una distancia de 18.600 millones de años luz de la Tierra. Se incluyeron las galaxias en los halos que se espera que Euclid observe calibrando los parámetros con respecto a la distribución actual de galaxias observada.

En total, este catálogo incluye 3400 millones de galaxias y más de 400 propiedades galácticas modeladas, incluyendo el brillo, posición, velocidad y forma de la galaxia. La simulación resultante reproduce con alta precisión el surgimiento de la estructura a gran escala del universo: galaxias y cúmulos de galaxias dentro de la red cósmica que comprende materia oscura y materia normal.

Imagen extraída del catálogo de simulación de galaxias Euclid Flagship. Cada puntito representa una galaxia, con algunas de ellas en el centro de los cúmulos de materia oscura y otras a su alrededor. En conjunto, trazan la distribución de masa a gran escala del universo, formando cúmulos, filamentos y vacíos. (Imagen: Jorge Carretero y Pau Tallada (Port d’Informació Científica / Euclid Consortium). Imagen procesada con el software Splotch.)

El catálogo de galaxias se genera y analiza mediante hardware especializado, una plataforma de big data llamada Hadoop ubicada en el PIC. Generar un catálogo de estas características supone un reto tanto científico como técnico, ya que implica el desarrollo de estrategias computacionales y estadísticas, además de incorporar el conocimiento actualizado sobre la formación y evolución de galaxias y su interacción con los componentes oscuros del universo.

El consorcio Euclid se centrará en la producción de nuevos conjuntos de datos de simulación, mejorando la resolución del catálogo con el objetivo de reproducir los campos profundos que Euclid observará.

Igual que las observaciones de cartografiados anteriores, como el SDSS (Sloan Digital Sky Survey) y el Cosmic Evolution Survey del telescopio espacial Hubble, que se han utilizado para calibrar los parámetros del modelo que asigna galaxias a los halos, el catálogo de galaxias simuladas Euclid Flagship ayudará a desarrollar estrategias para la explotación científica de futuros cartografiados de galaxias. Estas simulaciones podrían tener un mayor impacto y trascender el propósito inicial del catálogo, permitiendo a la comunidad científica poner a prueba técnicas de observación para obtener información cosmológica adicional o para realizar estudios que conecten el universo observable con el universo oscuro.

El catálogo ha sido elaborado por las siguientes instituciones dentro del consorcio Euclid: el ICE, el IEEC, el PIC (operado a través de un acuerdo de colaboración entre el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) en Bellaterra y el Centro de Investigación en Energía, Medio Ambiente y Tecnología (CIEMAT), España), la Universidad de Zúrich, la Universidad de Utrecht en los Países Bajos, el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA), el University College de Londres (UCL) en el Reino Unido y el Instituto de Astrofísica de París (IAP) en Francia.

El equipo expone los detalles técnicos del trabajo en la revista académica Astronomy & Astrophysics, bajo el título «Euclid. V. The Flagship galaxy mock catalogue: a comprehensive simulation for the Euclid mission». El primer firmante es Francisco Javier Castander del ICE. (Fuente: Institut d’Estudis Espacials de Catalunya)