Científicos del Smithsonian recrean los primeros 2.000 millones de años del universo

Un cubo virtual de unos 1.600 millones de años luz de lado en el que el gas, la materia oscura y la luz se influyen entre sí durante los primeros 2.000 millones de años del universo, esa es la escena que reproduce Lumina, una simulación creada en el Centro de Astrofísica de Harvard y el Smithsonian. Es la mayor simulación cosmológica de radiación e hidrodinámica producida hasta ahora, es decir, la que calcula a la vez más volumen de universo teniendo en cuenta tanto cómo se mueve el gas como cómo le afecta la radiación.

El trabajo, dirigido por Oliver Zier, autor principal e ITC Fellow del centro, se ha publicado el 26 de octubre de 2026 en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. El artículo mide la caja de la simulación en 500 megaparsecs comóviles de lado, una unidad que descuenta la expansión del universo y que equivale a unos 1.600 millones de años luz. Ese volumen es más de 100 veces mayor que el de los proyectos comparables anteriores y se parece al de las regiones que hoy pueden estudiar los telescopios más avanzados.

Pero el tamaño, por sí solo, no lo explica todo, lo que cuenta es que Lumina no sacrifica el detalle para ganar espacio: sigue la evolución cósmica general y, al mismo tiempo, cómo se forman las estrellas, las galaxias y los agujeros negros. Con ello se puede estudiar cómo nacieron las primeras galaxias y cómo su actividad transformó las enormes nubes de gas que las rodean.

La otra novedad es el helio, cuya reionización es el proceso por el cual la radiación arranca electrones a los átomos de este elemento, y también es la primera simulación de este tipo que lo sigue mientras ocurre, modelando además sus efectos sobre el universo circundante. De hecho, eso permite estudiar cómo se relacionan las galaxias en evolución, la radiación y el gas que llena el espacio entre ellas.

Aaron Smith, profesor asistente de Física en la Universidad de Texas en Dallas y coautor del artículo, confiesa que se el y su equipo se sienten “increíblemente afortunados de construir simulaciones como Lumina”, al tiempo que señala que “Por primera vez, podemos seguir cómo el hidrógeno y el helio se transformaron en su forma actual en un volumen tan enorme del universo, sin dejar de resolver las galaxias y otros objetos luminosos que impulsan esa transformación”.

El equipo empleó más de 15.000 unidades de procesamiento gráfico (GPU) en Frontier, el superordenador de Oak Ridge, ubicado en el laboratorio nacional de Tennessee para simular de esa forma el cielo estelar, una exigencia de potencia técnica fuera de lo común. No obstante, esa capacidad es la que ha permitido abarcar una región tan extensa del universo temprano sin perder el detalle necesario para estudiar galaxias y estructuras concretas.

Hay también una razón de fondo, y es que los astrónomos llevan siglos observando el cielo y proponiendo explicaciones sobre cómo se forman estrellas, galaxias y otras estructuras, y los superordenadores permiten hoy convertir esas ideas en simulaciones detalladas de cómo debería comportarse el universo. Cuando las observaciones coinciden con las predicciones, crece la confianza en las teorías actuales, y cuando no, apuntan a procesos que aún no se comprenden.

Zier habla así del telescopio espacial James Webb (JWST) y de lo que exige interpretarlo: “Para entender lo que vemos con este telescopio, necesitamos traducir nuestras teorías en predicciones detalladas. Tras varios años de trabajo, con muchos altibajos, es increíblemente gratificante ver los resultados de la simulación y ver cómo nuestras predicciones cobran vida en vídeo”.

El siguiente paso es usar Lumina como marco de pruebas, pues los investigadores planean estudiar el gas que circula entre galaxias, la influencia de la radiación sobrante del Big Bang y las regiones donde las estrellas se formaron a un ritmo especialmente alto, y comparar los resultados con las observaciones de, además del JWST, del telescopio espacial Nancy Grace Roman y de otros instrumentos. Cualquier diferencia entre el universo simulado y el real podría señalar dónde hay que refinar o reconsiderar las teorías actuales, y la nota apunta que los hallazgos podrían incluso poner a prueba las leyes fundamentales del universo.

Foto | Centro de Astrofísica Harvard y Smithsonian