UNIVERSIDAD DEL PAÍS VASCO

Investigadores de la UPV/EHU hacen simulaciones del universo por ordenador, en colaboración con investigadores de Suiza y del Reino Unido

Un equipo de investigadores del Departamento de Física Teórica e Historia de la Ciencia de la UPV/EHU analiza defectos cósmicos mediante simulaciones numéricas. Comparan los datos obtenidos en su miniuniverso simulado por ordenador, con datos obtenidos por medición experimental de fotones surgidos cuando el universo era joven. Utilizan superordenadores para describir las características de las cuerdas cósmicas y de las cuerdas semilocales.

Los defectos cósmicos son defectos topológicos acontecidos en el contexto de la evolución del universo. Cuando el universo era muy joven, sucedieron transiciones de fase cosmológicas —igual que sucede al convertirse el agua en hielo o el hielo en agua—, y es muy probable que en estas transiciones surgieran defectos, como las cuerdas cósmicas y las cuerdas semilocales. Los defectos cósmicos han sido previstos en multitud de teorías que tratan de explicar la evolución del universo, pero no se ha podido medir ninguno. Profundizando en los modelos que predicen los defectos y analizándolos mediante métodos numéricos, se pueden analizar sus propiedades.

Los investigadores del Departamento de Física Teórica e Historia de la Ciencia de la Facultad de Ciencias y Tecnología de la UPV/EHU Joanes Lizarraga y Asier Lopez-Eiguren realizan simulaciones numéricas de estos defectos cósmicos, bajo la dirección del profesor doctor Jon Urrestilla, en colaboración con personal investigador de Suiza y Reino Unido, entre otros. Precisamente, el objetivo de estos investigadores es determinar las características de las cuerdas cósmicas y las cuerdas semilocales, mediante cálculos realizados en superordenadores. “Conocer la física de los defectos, abre puertas al estudio de la fases que ha tenido el universo”, explican los investigadores. Han conseguido calcular, de la manera más exacta hasta el momento, qué contribución hacen estos defectos a la radiación cósmica de microondas. El fondo cósmico de microondas (CMB, cosmic microwave background) es radiación surgida cuando el universo era joven; fue medida por primera vez hace aproximadamente medio siglo y, en la última década, se han realizado mediciones más modernas y exactas con los satélites WMAP y Planck.

La precisión es su objetivo

Tomando como base el modelo estándar de la cosmología, utilizan ecuaciones derivadas de la teoría, para realizar simulaciones del universo por ordenador. “Creamos una caja que tiene las características del universo —explica Lizarraga—, y, en ella, resolvemos ecuaciones fundamentales para explicar la teoría”. De esta manera, reproducen la evolución del universo en la caja; es decir, crean una réplica del universo en expansión. De estas simulaciones, obtienen mucha información estadística sobre las cuerdas, y, mediante complejos cálculos, ven qué contribución tienen estas cuerdas en la CMB.

Según explican los investigadores, “hemos utilizado las mayores simulaciones realizadas hasta el momento y, por consiguiente, hemos conseguido analizar diversos aspectos que no se habían analizado nunca con respecto a las cuerdas, y podremos seguir analizando muchos otros”. Se necesita una gran cantidad de recursos para poder realizar cálculos de este calibre y, más si cabe, si la caja que simula el universo evoluciona con el tiempo. Pero gracias a que han conseguido ampliar el tamaño de las simulaciones y que han detectado regímenes que antes no conocían, y, además, debido a que han conseguido calcular el efecto que tienen las transiciones cosmológicas en las redes de defectos, han conseguido mejorar en gran medida el cálculo de la aportación que dichas cuerdas puedan hacer en el CMB. Asimismo, están desarrollando diversas técnicas para el tratamiento de datos obtenidos de las simulaciones numéricas, y han conseguido nuevas herramientas para facilitar y desarrollar el análisis de los datos obtenidos de las simulaciones numéricas de estos defectos.

Información complementaria

El doctor en física Joanes Lizarraga y el físico Asier Lopez-Eiguren realizan sus estudios bajo la dirección de Jon Urrestilla, investigador principal, en el Departamento de Física Teórica e Historia de la Ciencia de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU. Trabajan en colaboración con diversas universidades: Universidad de Ginebra (Suiza), Universidad de Sussex (Reino Unido), Universidad de Helsinki (Finlandia), Universidad de Ciudad del Cabo (Sudáfrica), Universidad de Nottingham (Reino Unido), Universidad de Leiden (Países Bajos) y universidades de Oporto y Lisboa (Portugal).

Referencias bibliográficas

J. Lizarraga, J. Urrestilla, D. Daverio, M. Hindmarsh, M. Kunz, A. R. Liddle (2014). “Can topological defects mimic the BICEP2 B-mode signal?”. Phys.Rev.Lett. 112.171301.
J. Lizarraga, J. Urrestilla, D. Daverio, M. Hindmarsh, M. Kunz, A. R. Liddle (2014). “Constraining topological defects with temperature and polarization anisotropies”. Phys.Rev. D90.103504.
A. Achúcarro, A. Avgoustidis, A.M.M. Leite, A. Lopez-Eiguren, C.J.A.P. Martins, et al. (2014). “Evolution of Semilocal String Networks: I. Large-scale Properties”. Phys.Rev. D89.063503.