Computación aplicada a la zona oscura del Universo
Las simulaciones matemáticas suponen una herramienta eficaz para generar predicciones sólidas con las que resolver problemas cosmológicos como el nacimiento y el desarrollo de objetos astrofísicos. Estos cálculos de la evolución de distintos procesos físicos, al compararse con las observaciones disponibles o las que se generen en un futuro, ayudan a conocer los principales parámetros cosmológicos. Los recursos computacionales disponibles facultan a los científicos implicados para el estudio de numerosos procesos astrofísicos que tienen lugar en el Universo observable. No obstante, el 95 % de la energía del Universo procede de dos componentes con una naturaleza aún no identificada. La energía y la materia oscuras centraron la atención del proyecto «Computing in the dark sector: a Cactus toolkit for modified-gravity cosmologies» (COSMOTOOLKIT). Este proyecto se dedicó a ampliar el paquete Einstein de herramientas de libre acceso para su empleo en cosmología matemática. Este paquete, desarrollado por científicos de todo el mundo, combina herramientas necesarias para simular agujeros negros, estrellas al final de su vida y otros objetos de gran densidad. Los investigadores de COSMOTOOLKIT crearon varias bibliotecas y herramientas de software para dar lugar a investigaciones nuevas. En concreto, incorporaron técnicas numéricas que describen la evolución de fluidos como el polvo cósmico y los campos gravitatorios escalares. Además de realizar simulaciones de regiones de un tamaño superior a unos pocos gigaparsecs, la base computacional se adaptó para generar los primeros modelos tridimensionales del Universo y sentó las bases sobre las que se apoyarán las labores teóricas destinadas a definir las firmas de onda gravitatoria. En paralelo se investigó la existencia de distintas soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein sobre espaciotiempos periódicos y su singularidad. Estas soluciones se han estudiado durante más de diez lustros, pero en COSMOTOOLKIT se ha logrado desvelar por vez primera el comportamiento al completo de las retículas periódicas de los agujeros negros. Su profusa fenomenología se describió mediante simulaciones numéricas de retículas en expansión. El portal en línea «The black-hole-lattice lab» se creó para compartir los códigos generados y modelar de un modo realista fenómenos cosmológicos. Dicha página servirá además como repositorio de información sobre agujeros negros y foro de debate y encuentro para científicos. La colaboración estrecha desarrollada en el proyecto COSMOTOOLKIT ha demostrado ser productiva y necesaria para la optimización de los métodos numéricos.
Palabras clave
Cosmología, software, energía oscura, materia oscura, simulaciones, Universo, agujeros negros, bibliotecas, firmas de onda gravitacional
