Científicos recrean en una simulación cómo se "encendió" el universo tras el Big Bang

Un equipo del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian (Estados Unidos) presentó Lumina, una simulación que recrea los primeros 2000 millones de años de historia cósmica y detalla cómo el universo pasó de ser una masa opaca a encenderse con las primeras estrellas y galaxias. El trabajo, liderado por Oliver Zier, se publicó el 26 de octubre en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

El modelo busca responder una pregunta que quedó abierta desde que el telescopio James Webb empezó a captar imágenes de galaxias jóvenes: la cantidad de objetos brillantes detectados supera las predicciones teóricas y varios presentan una masa desproporcionada para su edad. Lumina se ofrece como una herramienta para contrastar esas observaciones con la física conocida.

El universo nació como un plasma caliente y denso tras el Big Bang. Al enfriarse, formó átomos neutros de hidrógeno y helio, lo que dejó pasar la luz y dio inicio a la llamada edad oscura, una etapa sin estrellas ni galaxias. La simulación muestra cómo esa oscuridad se rompió: la luz ultravioleta arrancó electrones del hidrógeno en un proceso conocido como reionización, que generó burbujas alrededor de las galaxias hasta que se fusionaron entre sí.

El helio siguió un camino distinto. Su ionización exigió niveles de energía más altos, provistos sobre todo por cuásares, agujeros negros masivos que devoran materia. Lumina rastrea ambos procesos al mismo tiempo, algo que los proyectos previos no lograban con esta precisión.

La escala del trabajo marca una diferencia. La simulación ocupa un volumen 100 veces mayor que estudios anteriores y reproduce la dinámica del gas y la materia oscura junto con el comportamiento de la luz emitida por estrellas y agujeros negros. Para procesarla, el equipo usó el superordenador Frontier, en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Tennessee, que trabajó con 400 mil millones de elementos.

"Ver cómo nuestras predicciones cobran vida en video resultó una experiencia gratificante", afirmó Zier, autor principal del trabajo, que desarrolló junto a Aaron Smith, Volker Springel y Lars Hernquist. El equipo también aportó datos sobre la temperatura del gas intergaláctico, que se calentó a niveles de 20 mil grados durante la reionización del hidrógeno, se enfrió con la expansión cósmica y volvió a subir por la influencia del helio.

Los investigadores concluyeron que los modelos calibrados con el universo cercano subestiman las galaxias masivas que detecta el Webb. Entre las explicaciones posibles figuran una eficiencia mayor en la formación estelar o ajustes en la teoría cosmológica estándar, un terreno que también se explora en otros frentes de la astrofísica, como el futuro del sistema solar a largo plazo.

La simulación integra las condiciones iniciales con un esquema que separa bariones y materia oscura, una diferencia respecto de proyectos anteriores. Los resultados muestran una coherencia general con las observaciones actuales del satélite Planck. Los expertos prevén que la plataforma sirva para futuros estudios sobre circulación de gas y formación estelar extrema.

Por ahora, los datos dejan un desafío abierto para la física moderna. El acceso público a la información está previsto para 2028.