Científicos del MIT, la Universidad de Harvard y el Instituto Max Planck de Astrofísica han desarrollado el modelo más grande y detallado del universo primitivo hasta la fecha.
Nombrada en honor a la diosa etrusca del amanecer, la simulación Thesan de los primeros mil millones de años ayuda a explicar cómo la radiación dio forma al universo primitivo.
Todo comenzó hace alrededor de 13.800 millones de años con una gran «explosión» cosmológica que trajo al universo a la existencia de manera repentina y espectacular. Poco después, el universo infantil se enfrió drásticamente y se oscureció por completo.
Luego, un par de cientos de millones de años después del Big Bang, el universo se despertó, cuando la gravedad reunió materia en las primeras estrellas y galaxias. La luz de estas primeras estrellas convirtió el gas circundante en un plasma ionizado caliente, una transformación crucial conocida como reionización cósmica que impulsó al universo a la estructura compleja que vemos hoy.
Thesan está diseñado para simular el «amanecer cósmico», y específicamente la reionización cósmica, un período que ha sido difícil de reconstruir, ya que implica interacciones caóticas inmensamente complicadas, incluidas las de la gravedad, el gas, y radiación.
La simulación resuelve estas interacciones con el mayor detalle y el mayor volumen de cualquier simulación anterior. Lo hace combinando un modelo realista de formación de galaxias con un nuevo algoritmo que rastrea cómo la luz interactúa con el gas, junto con un modelo de polvo cósmico.
Con Thesan, los investigadores pueden simular un volumen cúbico del universo que abarca 300 millones de años luz de diámetro. Ejecutan la simulación hacia adelante en el tiempo para rastrear la primera aparición y evolución de cientos de miles de galaxias dentro de este espacio, comenzando alrededor de 400.000 años después del Big Bang y durante los primeros mil millones de años.
Hasta ahora, las simulaciones se alinean con las pocas observaciones que los astrónomos tienen del universo primitivo. A medida que se realizan más observaciones de este período, por ejemplo con el recién lanzado telescopio espacial James Webb, Thesan puede ayudar a ubicar tales observaciones en el contexto cósmico.
Por ahora, las simulaciones están comenzando a arrojar luz sobre ciertos procesos, como qué tan lejos puede viajar la luz en el universo primitivo y qué galaxias fueron responsables de la reionización.
«Thesan actúa como un puente hacia el universo primitivo», dice en un comunicado Aaron Smith, del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. «Está destinado a servir como una contraparte de simulación ideal para las próximas instalaciones de observación, que están preparadas para alterar fundamentalmente nuestra comprensión del cosmos».
Smith y Mark Vogelsberger, profesor asociado de física en el MIT, Rahul Kannan del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y Enrico Garaldi de Max Planck han presentado la simulación de Thesan a través de tres artículos, el tercero publicado ahora en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
