Un equipo internacional de investigadores, con la participación del CSIC, ha logrado la simulación más realista, precisa y completa del universo, en Uchuu. Un proyecto que recopila la fascinante y desconocida historia de la creación y muestra, como un caleidoscopio, información valiosa y casi indescriptible del espacio exterior.
Uchuu, que significa “universo” en japonés, se tomó un año en compactar documentación e imágenes acumuladas en años de investigación.
El peso de este minucioso trabajo recayó en ATERUI II, el superordenador nipón más potente del mundo. Construido por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, en inglés) para facilitar la comprensión de distintos fenómenos astronómicos desde un punto de vista teórico.
Este universo virtual ofrece la posibilidad de avanzar y retroceder a lo largo de la historia del universo. También permite detener el tiempo, repasarlo, estudiarlo a gran escala, desde los orígenes hasta la fecha.
Uchuu contó con la colaboración del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y el Centro de Supercomputación de Galicia. Y podrá ser utilizado por grupos de investigación, estudiantes, aficionados y por usuarios de la nube del CESGA sin coste alguno.
“Esperamos que Uchuu permita estudiar la evolución del universo con un nivel de detalle y un volumen de información sin precedentes. Incluyendo la singularidad de poder observar distintos momentos de su dimensión temporal, prácticamente desde después del Big Bang hasta el presente”, señala Francisco Prada, investigador del IAA-CSIC. Además, en el proyecto también participaron otros grupos de investigación de Japón, Estados Unidos, Argentina, Australia, Chile, Francia e Italia.
Logran en Uchuu la simulación del universo
Uchuu recrea la simulación del universo y se centra en la estructura a gran escala del cosmos, que varía desde los cúmulos de galaxias más grandes hasta las más pequeñas. Así como los halos de materia oscura.
Además, uno de los aspectos más importantes de esta creación virtual es su capacidad para simular la evolución de la materia a lo largo de casi la edad total del universo. 13.800 millones de años de historia, treinta veces el tiempo transcurrido desde que la vida animal en la Tierra salió por primera vez de los océanos. “Lo que diferencia a Uchuu es que tú puedes decidir qué momento del universo quieres estudiar”, comenta Julia Ferrer, investigadora del IAA-CSIC. Además, “ninguna otra simulación es capaz de mostrar tanta información manteniendo una alta resolución. Normalmente tienes que elegir entre una de las dos variables”.
La investigadora adiciona que “también puedes observar los halos de materia oscura y su comportamiento o, si lo prefieres, hacer zoom y centrarte en cúmulos de galaxias o en galaxias individuales”. La simulación permitirá a los investigadores plantear ciertos escenarios, como la colisión de dos agujeros negros en el pasado. Y estudiar estos fenómenos sin la necesidad de recurrir a observaciones directas.
Tomoaki Ishiyama es profesor asociado de la Universidad de Chiba y fue quien desarrolló el código utilizado para generar Uchuu. “Para producir Uchuu”, explicó, “hemos utilizado los 40.200 procesadores (núcleos de CPU) disponibles exclusivamente durante 48 horas al mes. Se consumieron veinte millones de horas de supercomputadora. Y se generaron tres Petabytes de datos, el equivalente a 894,784,853 imágenes de un teléfono celular de 12 megapíxeles“.
Investigadores españoles en el Uchuu
Almacenar tal cantidad de información en Uchuu y comprimirla en un formato de simulación del universo, que pueda funcionar incluso en la nube no es una tarea fácil.
Los investigadores tuvieron que recurrir al uso de técnicas de alto rendimiento. En todo este proceso ha intervenido el investigador del IAA-CSIC José Ruedas, encargado de desarrollar la infraestructura computacional Skun6. Explicó que contó “con la colaboración del grupo de RedIRIS, la Red Académica y de Investigación Española. A través de su Servicio de Transferencia de Datos de Alta Velocidad, y del departamento de computación del IAA-CSIC”.
El CESGA es el centro mixto del CSIC y de la Xunta de Galicia. Ha sido el encargado de alojar todos los datos de la simulación. Para albergar los hasta 3 petabytes de datos generados por ATERUI II, el arquitecto de soluciones de sistemas Big Data Javier Cacheiro diseñó una plataforma especial. El Uchuu-BigData, que se hospeda en el propio Centro de Supercomputación de Galicia.
El catálogo de Uchuu ya está disponible en la nube. Es totalmente gratuito, “algo bastante sorprendente teniendo en cuenta que estas simulaciones suelen ser muy costosas”, comenta Ferrer. “Queremos que Uchuu esté a disposición de otros grupos de investigación que quizás no tengan capacidad ni dinero para producir su propia simulación. Al final es algo que nos beneficia a todos”.
Los productos generados a partir de este universo virtual serán clave para comprender mejor los cartografiados de galaxias que se obtendrán con los experimentos terrestres DESI y PFS. Y la misión espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA). El equipo de Uchuu también está trabajando en una segunda publicación de datos que incluirá catálogos de galaxias virtuales y mapas de lentes gravitacionales.
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