Una simulación de Harvard reveló cómo el universo salió de su etapa oscura tras el Big Bang
Científicos reconstruyeron los primeros 2.000 millones de años del cosmos mediante una supercomputadora. El estudio permitió observar cómo las primeras estrellas y galaxias comenzaron a emitir luz y transformaron progresivamente el espacio, poniendo fin a las llamadas edades oscuras del universo.
Un equipo internacional de científicos, encabezado por investigadores del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, logró recrear uno de los períodos más misteriosos de la historia del universo: la transición desde una etapa prácticamente sin estrellas hasta la formación de las primeras galaxias y estructuras luminosas.
El trabajo se realizó mediante una simulación informática denominada Lumina, que reconstruyó los primeros 2.000 millones de años de evolución cósmica. Para desarrollar este modelo, los investigadores utilizaron la supercomputadora Frontier, ubicada en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Estados Unidos.
La investigación, publicada en la revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, permitió estudiar cómo se distribuyeron la materia, los gases, la radiación y la materia oscura durante los primeros momentos de la evolución del cosmos.
Después del Big Bang, ocurrido hace aproximadamente 13.800 millones de años, el universo atravesó una etapa extremadamente caliente y densa. A medida que se expandió y enfrió, comenzaron a formarse los primeros átomos, principalmente de hidrógeno y helio.
Sin embargo, todavía no existían estrellas ni galaxias capaces de iluminar el espacio. Este período es conocido por los científicos como las edades oscuras del universo.
Con el paso del tiempo, la gravedad permitió que grandes concentraciones de gas se agruparan y dieran origen a las primeras estrellas y galaxias. La radiación ultravioleta emitida por estos objetos comenzó a transformar el hidrógeno que ocupaba el espacio entre las galaxias.
Este fenómeno, conocido como reionización, fue fundamental para que la luz pudiera propagarse con mayor libertad por el universo.
La simulación Lumina mostró que la transformación no ocurrió de manera simultánea. Cada galaxia joven generó una especie de burbuja de radiación a su alrededor, modificando progresivamente el gas que la rodeaba.
A medida que aparecieron nuevas galaxias, esas regiones comenzaron a expandirse y conectarse entre sí, hasta transformar prácticamente todo el hidrógeno intergaláctico.
El estudio también reconstruyó una segunda etapa vinculada al helio, en la que tuvieron un papel importante los cuásares: objetos extremadamente brillantes alimentados por agujeros negros supermasivos que liberan enormes cantidades de energía.
Esta actividad permitió modificar el helio presente en el espacio y elevar la temperatura del gas intergaláctico.
Uno de los principales aportes de Lumina es que ofrece un modelo para interpretar las observaciones del telescopio espacial James Webb, que permitió detectar galaxias correspondientes a etapas muy tempranas de la historia cósmica.
Algunas de esas galaxias resultaron más brillantes y desarrolladas de lo que anticipaban determinados modelos científicos, por lo que la nueva simulación podría ayudar a revisar y mejorar las explicaciones sobre cómo se formaron las primeras estructuras del universo.
El desarrollo de Lumina requirió más de 15.000 unidades de procesamiento gráfico y una enorme capacidad de cálculo para recrear las interacciones entre materia, radiación y gas a escalas gigantescas.
Los investigadores prevén publicar los datos completos de la simulación de manera abierta en 2028, lo que permitirá que otros equipos científicos utilicen esta herramienta para profundizar en el estudio del universo temprano.
El avance representa una nueva oportunidad para comprender cómo surgieron las primeras estrellas y galaxias y cómo el cosmos pasó de una etapa dominada por la oscuridad a convertirse en el universo lleno de luz y estructuras que conocemos actualmente.