Carrera del Milenio

La Simulación del Milenio ( en referencia a su tamaño ^{[ 1 ] [ 2 ]} ) es una simulación computarizada de N cuerpos que se utiliza para investigar cómo ha evolucionado la distribución de la materia en el Universo a lo largo del tiempo, en particular, cómo se formó la población observada de galaxias. Los científicos que trabajan en cosmología física la utilizan para comparar las observaciones con las predicciones teóricas .

Un método científico básico para poner a prueba las teorías cosmológicas consiste en evaluar sus consecuencias para las partes observables del universo. Una prueba observacional es la distribución de la materia, incluyendo galaxias y gas intergaláctico, que se observan en la actualidad. La luz emitida por materia más distante debe recorrer una mayor distancia para llegar a la Tierra , lo que significa que observar objetos distantes es como mirar más atrás en el tiempo . Esto implica que la evolución temporal de la distribución de la materia en el universo también puede observarse directamente.

La Simulación del Milenio fue realizada en 2005 por el Consorcio Virgo , un grupo internacional de astrofísicos de Alemania , el Reino Unido , Canadá , Japón y Estados Unidos . Comienza en la época en que se emitió la radiación cósmica de fondo de microondas , aproximadamente 379 000 años después del origen del universo. La radiación cósmica de fondo ha sido estudiada mediante experimentos satelitales , y las inhomogeneidades observadas en ella sirven como punto de partida para seguir la evolución de la distribución de materia correspondiente. Utilizando las leyes físicas que se espera que se cumplan en las cosmologías actualmente conocidas y representaciones simplificadas de los procesos astrofísicos que se observan en las galaxias reales, se permite que la distribución inicial de materia evolucione, y se registran las predicciones de la simulación sobre la formación de galaxias y agujeros negros .

Desde la finalización de la simulación Millennium Run en 2005, se han desarrollado, a partir de sus datos almacenados, una serie de simulaciones cada vez más sofisticadas y de mayor fidelidad sobre la formación de la población de galaxias, las cuales se han puesto a disposición del público en Internet. Además de mejorar el tratamiento de la astrofísica de la formación de galaxias, las versiones recientes han ajustado los parámetros del modelo cosmológico subyacente para reflejar los cambios en las ideas sobre sus valores precisos. Hasta la fecha (mediados de 2018), más de 950 artículos publicados han utilizado datos de Millennium Run, lo que la convierte, al menos según este criterio, en la simulación astrofísica de mayor impacto de todos los tiempos. ^{[ 3 ]}

Para los primeros resultados científicos, publicados el 2 de junio de 2005, la Simulación del Milenio rastreó 2160³ ^, o poco más de 10 000 millones, de "partículas". Estas no son partículas en el sentido de la física de partículas ; cada "partícula" representa aproximadamente mil millones de masas solares de materia oscura . ^{[ 1 ]} La región del espacio simulada era un cubo con una longitud de unos 2 000 millones de años luz . ^{[ 1 ]} Este volumen estaba poblado por unos 20 millones de "galaxias". Una supercomputadora ubicada en Garching , Alemania, ejecutó la simulación, que utilizó una versión del código GADGET , durante más de un mes. El resultado de la simulación requirió unos 25 terabytes de almacenamiento. ^{[ 4 ]}

El Sondeo Digital del Cielo Sloan puso en tela de juicio la comprensión actual de la cosmología al descubrir cuásares muy brillantes a grandes distancias, y por lo tanto, de épocas muy lejanas. La explicación de que en realidad se trataba de agujeros negros requería que se hubieran formado mucho antes de lo esperado. Al lograr producir cuásares en épocas tempranas, la Simulación del Milenio demostró que estos objetos no contradicen nuestros modelos de la evolución del universo.

En 2009, el mismo grupo ejecutó la simulación 'Millennium II' (MS-II) en un cubo más pequeño (de unos 400 millones de años luz de lado), con el mismo número de partículas, pero donde cada partícula representaba 6,9 millones de masas solares. Esta es una tarea numérica bastante más difícil, ya que dividir el dominio computacional entre procesadores se vuelve más complicado cuando hay cúmulos densos de materia. MS-II utilizó 1,4 millones de horas de CPU en 2048 núcleos (es decir, aproximadamente un mes) en la supercomputadora Power-6 de Garching; también se ejecutó una simulación con las mismas condiciones iniciales y menos partículas para comprobar que las características observadas en la ejecución de mayor resolución también se apreciaban en la de menor resolución.

En 2010, se realizó la simulación 'Millennium XXL' (MXXL), esta vez utilizando un cubo mucho más grande (más de 13 mil millones de años luz por lado) y 6720 partículas ³ cada una representando 7 mil millones de veces la masa del Sol. La MXXL abarca un volumen cosmológico 216 y 27 000 veces el tamaño de las cajas de simulación Millennium y MS-II, respectivamente. La simulación se ejecutó en JUROPA , una de las 15 supercomputadoras más potentes del mundo en 2010. Utilizó más de 12 000 núcleos para un equivalente a 300 años de tiempo de CPU, 30 terabytes de RAM y generó más de 100 terabytes de datos. ^{[ 5 ]} Los cosmólogos utilizan la simulación MXXL para estudiar la distribución de galaxias y halos de materia oscura a escalas muy grandes y cómo surgieron las estructuras más raras y masivas del universo.

En 2012, se lanzó el proyecto Millennium Run Observatory (MRObs). El MRObs es un observatorio virtual teórico que integra predicciones detalladas sobre la materia oscura (provenientes de las simulaciones Millennium) y las galaxias (a partir de modelos semianalíticos) con un telescopio virtual para sintetizar observaciones artificiales. Los astrofísicos utilizan estas observaciones virtuales para estudiar cómo se comparan las predicciones de las simulaciones Millennium con el universo real, planificar futuras campañas de observación y calibrar las técnicas que utilizan los astrónomos para analizar observaciones reales. Un primer conjunto de observaciones virtuales producidas por el MRObs se ha puesto a disposición de la comunidad astronómica para su análisis a través del portal web del MRObs. También se puede acceder al universo virtual mediante una nueva herramienta en línea, el navegador MRObs, que permite a los usuarios interactuar con la base de datos relacional Millennium Run, donde se almacenan las propiedades de millones de halos de materia oscura y sus galaxias del proyecto Millennium. Actualmente se están planificando mejoras en la plataforma del MRObs y su extensión a otros tipos de simulaciones.

• Ilustradora
• Eris (simulación)
• Simulación cosmológica del Bolshoi

• Springel, Volker; et  al. (2005). "Simulaciones de la formación, evolución y agrupamiento de galaxias y cuásares" ( PDF) . Nature . 435 (7042): 629– 636. arXiv : astro-ph/0504097 . Bibcode : 2005Natur.435..629S . doi : 10.1038/nature03597 . hdl : 2027.42/62586 . PMID 15931216. S2CID 4383030 .  
• Boylan-Kolchin, Michael; et  al. (2009). "Resolviendo la formación de estructuras cósmicas con la simulación Millennium-II" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 398 (3): 1150–116?. arXiv : 0903.3041 . Bibcode : 2009MNRAS.398.1150B . doi : 10.1111/j.1365-2966.2009.15191.x . S2CID 9703617 . 
• Angulo, Raul; et  al. (2012). "Relaciones de escala para cúmulos de galaxias en la simulación Millennium-XXL" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 426 (3): 2046– 2062. arXiv : 1203.3216 . Bibcode : 2012MNRAS.426.2046A . doi : 10.1111/j.1365-2966.2012.21830.x . S2CID 53692799 . 
• Overzier, Roderik; et  al. (2012). "El Observatorio Millennium Run: Primera Luz" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 428 (1): 778– 803. arXiv : 1206.6923 . Bibcode : 2013MNRAS.428..778O . doi : 10.1093/mnras/sts076 . S2CID 119219960 . 
• Lemson, Gerard; Virgo Consortium (2006). "Historias de formación de halos y galaxias a partir de la simulación del Milenio: publicación pública de una base de datos orientada a VO y consultable mediante SQL para estudiar la evolución de las galaxias en la cosmogonía LambdaCDM". arXiv : astro-ph/0608019 .

• Página de datos de simulación del milenio
• Comunicado de prensa con los resultados del 2 de junio (MPG)
• Página principal de VIRGO
• Simulación de la evolución conjunta de cuásares, galaxias y su distribución a gran escala.
• Página del Observatorio Millennium Run
• Base de datos relacional de la Carrera del Milenio