Miles de millones de años en una galaxia, simulados con Miztli

Para recrear una galaxia similar a la Vía Láctea, como parte del proyecto Assembling Galaxies of Resolved Anatomy (AGORA), un equipo internacional de expertos usó la supercomputadora Miztli de la UNAM, junto con seis sistemas similares en el mundo.

En este proceso utilizaron siete de los códigos numéricos más empleados en la astrofísica y de acuerdo con Santi Roca Fàbrega, investigador de la Universidad Complutense de Madrid y titular del trabajo, para estudiar la formación de una galaxia incluyendo el cómo viven y mueren las estrellas, los científicos realizan simulaciones en computadora, las cuales les permiten revisar, en unos meses, un proceso que en la realidad tardaría miles de millones de años.

Este desarrollo, prosiguió, requiere el uso de supercomputadoras y en el caso de esta nueva iniciativa de AGORA, donde intervienen unos 160 investigadores de más de 60 entidades académicas, se necesitó crear una media de 40 simulaciones de una galaxia similar a la Vía Láctea para cada uno de los siete códigos participantes, para obtener el resultado final.

Este avance es el equivalente a más de 100 millones de horas en una computadora personal, pero en centros de supercomputación. Los resultados se presentaron en la revista The Astrophysical Journal, explicó el especialista quien hizo parte de su tesis doctoral en el Instituto de Astronomía de la UNAM.

La utilidad de Miztli en el equipo de AGORA es estratégica para visualizar “la formación de la galaxia similar a la Vía Láctea, incluyendo la evolución del gas intergaláctico y la formación y evolución de estrellas; aunque en el momento en el que se encuentra la simulación aún no es visible, en el centro principal se está empezando a formar un disco asemejándose al de la Vía Láctea”, refirió.

Desde que comenzaron a usarse las simulaciones en investigaciones en astrofísica, añadió el experto en astrofísica instrumental y extragaláctica, varios grupos en el orbe han creado múltiples códigos numéricos, pero nunca se había logrado su comparación, con la recreación de un mismo objeto, a fin de detectar las diferencias que se obtienen. Cada código es como un camino que puede conducir al mismo resultado, es importante conocer cuáles son las diferencias para saber cuáles son reales y cuáles dependen del código usado.

De 2012, cuando surge AGORA, a la fecha, se han presentado ya tres trabajos, el primero con la simulación de la evolución de la materia oscura, sin presencia de gas ni estrellas; el segundo con la evolución del disco de una galaxia aislada y sin interacción de otras galaxias; y ahora la evolución del símil de la Vía Láctea, que incluye la presencia de gas, formación y evolución de estrellas e interacción con otros sistemas galácticos.

Siete de los más utilizados

Héctor Manuel Velázquez, del Instituto de Astronomía de la UNAM, único mexicano participante en el proyecto, expuso que de los códigos numéricos empleados se decidió comparar siete de los más utilizados: ART-1, ENZO, RAMSES, ChaNGa, GADGET-3, GEAR y GIZMO.

“Con todos ellos se realizó la misma simulación de la formación de una galaxia tipo Vía Láctea, incluyendo, entre otros, los detalles de la formación estelar, los cambios en la temperatura del gas y las explosiones de estrellas al morir y su efecto en el entorno. Los resultados se comparan con cada uno de estos códigos, revelando las diferencias o qué tan similares son”, destacó Héctor Manuel Velázquez.

Las supercomputadoras que se usaron son: por México, Miztli/DGTIC-UNAM, así como el Laboratorio de Modelos y Datos Atocatl / LAMOD, ubicado en el Instituto de Astronomía de la UNAM y en el que participan también los institutos de Ciencias Nucleares y el de Química; NERSC, HIPAC y XSEDE, EU; CfCA y Oakforest-PACS, Japón; y brigit-CPDUCM, España.

Leobardo Itehua Rico, coordinador de supercómputo de la Dirección General de Cómputo Académico y de Tecnologías de Información y Comunicación (DGTIC), donde se ubica la supercomputadora universitaria, resaltó que el procesamiento de datos con AGORA es uno de los proyectos más demandantes en los que trabaja Miztli. “Para dimensionar, este año tenemos una disponibilidad de 73 millones de horas de cómputo para 154 proyectos, y para este se solicitaron alrededor de más de un millón y medio de horas de procesamiento. Esto es: para efectuar el trabajo con AGORA se requerirían unas 30 mil tabletas usadas todo el tiempo, durante un año, para realizar lo que ellos hacen”, pormenorizó el ingeniero.

Cuando se habla de más de 100 millones de horas es por el uso de otras supercomputadoras a los que se ha sumado el trabajo con Miztli, la cual ayudó especialmente a Roca Fàbrega a trabajar con los códigos RAMSÉS y ART-1 (este último también con Atocatl), a Héctor Manuel Velázquez con el código ChaNGa, a fin de saber cómo luciría este objeto desde su origen hasta hace más de 10 mil millones de años.

Miztli recibe constantemente actualizaciones: de 2015 a 2018 se incrementó 40 por ciento su poder de cómputo, lo cual permitió ofrecer el apoyo para este tipo de iniciativas. “Se ha hecho un esfuerzo en revisar las capacidades y recursos, por lo que en la DGTIC se ha buscado dar tiempo de uso del equipo para que estos proyectos puedan ejecutarse”, dijo.

Punto de partida

El científico Héctor Manuel Velázquez laboró con el código CHANGA (creado por investigadores en Francia) especializado en partículas, por lo que es demandante en la capacidad de cómputo. Es un gran reto para el sistema universitario.

“La importancia del esfuerzo que estamos haciendo es que nos permite encontrar pequeños errores en estos códigos que tanto se han utilizado para hacer ciencia y que podrían tener un impacto en los resultados que ya se habían presentado. Entonces, es un test de sanidad imprescindible por el que todos los códigos deberían pasar”, comentó Roca Fàbrega.

Este trabajo es sólo el punto de partida de nuevas comparaciones que tendrán un papel primordial en el estudio de la formación y evolución de las galaxias. Nos posibilitará conocer la influencia del código numérico usado en los resultados obtenidos de las simulaciones, dará información de los parámetros que son más robustos y, por lo tanto, podrán compararse directamente con las observaciones.