Supercomputadoras para reconstruir los primeros cientos de millones de años de evolución química del universo

Esta simulación muestra la inestabilidad hidrodinámica provocada por un rápido enfriamiento en un halo cósmico de materia oscura rico en elementos pesados, cuando el universo tenía sólo 300 millones de años de edad. (Imágenes: Chalence Safranek-Shrader, Milos Milosavljevic, y Volker Bromm, Universidad de Texas en Austin)

Después de los acontecimientos extraordinarios asociados al Big Bang (la explosión con la que nació el universo), comenzó la evolución química de éste, sostenida sobre todo en la formación y destrucción de estrellas. En un intento por conocer mejor cómo fueron las primeras fases de esa evolución química en los primeros cientos de millones de años de historia del universo, unos investigadores se han valido de algunas de las supercomputadoras más potentes del mundo para simular esa evolución.

Milos Milosavljevic, Chalence Safranek-Shrader y Volker Bromm, de la Universidad de Texas en la ciudad estadounidense de Austin, emplearon, entre otras, las supercomputadoras Stampede, Lonestar y Ranger, instaladas en el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC), dependiente de la citada universidad.

Los resultados de esos cálculos han permitido obtener reconstrucciones más precisas y fiables de cómo se formaron las primeras galaxias, y en particular, cómo, dentro de los viveros estelares, los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio influyeron sobre las características de las estrellas de las primeras galaxias.

Al principio de su evolución química, el universo constaba esencialmente de hidrógeno y helio. A partir de la formación de las primeras estrellas, la fusión nuclear en éstas comenzó a crear cantidades significativas de otros elementos, y las explosiones en forma de supernova de algunas de las estrellas empezaron a su vez a esparcir dichos elementos por el cosmos.

Cantidades apreciables de elementos que se crearon gracias a la primera generación de estrellas acabaron concentrándose en los campos gravitatorios de los halos de materia oscura, donde formarían la segunda generación de estrellas.

Sin embargo, esa primera "siembra" de elementos químicos por la acción de supernovas no condujo a una mezcla uniforme de los mismos en el espacio.

Efectos sutiles gobernaron la evolución de las galaxias tempranas. Algunas estrellas que se formaron eran ricas en elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, mientras que otras eran pobres en tales elementos pesados.

Otro factor que influyó en la evolución de las galaxias fue cómo emergieron los elementos más pesados a partir del estallido estelar que los originó. En vez de una explosión limpia que arrojase materia por igual en todas direcciones, las supernovas expulsaban grumos de elementos pesados, a modo de ráfagas. Eso contribuyó a determinar su distribución por el universo. NCYT