La expansión del Universo, simulada

Las ondas gravitacionales generadas durante la formación de estructuras en el Universo. Estas estructuras (distribución de masas) se muestran como puntos brillantes  y las ondas gravitacionales como elipses. El tamaño de la elipse es proporcional a la amplitud de la onda y su orientación representa su polarización. Crédito: Ruth Durrer, UNIGE.

El Universo se está expandiendo continuamente. Cambia creando estructuras nuevas que se unen. ¿Pero cómo evoluciona nuestro Universo? Físicos de la Universidad de Ginebra (Suiza) han desarrollado un nuevo programa de computadora para realizar simulaciones numéricas que ofrecen pistas sobre el complejo proceso de formación de estructuras en el Universo. Basándose en las ecuaciones de Einstein, pudieron incluir la rotación del espacio-tiempo en su cálculos y estimar la amplitud de las ondas gravitacionales, cuya existencia fue confirmada por primera vez el pasado 12 de febrero de 2016.

Hasta ahora los científicos habían estudiado la formación de estructuras cósmicas a gran escala basándose en simulaciones numéricas de la gravitación newtoniana. Estos códigos suponen que el propio espacio no cambia, que es estático con el transcurso del tiempo. Las simulaciones que permite realizar son muy precisas si la materia del Universo se mueve lentamente (es decir, a unos 300 km por segundo). Sin embargo, cuando las partículas de materia se mueven a velocidad alta, este programa sólo permite realizar cálculos aproximados. Además, no describe las fluctuaciones de la energía oscura. Era pues necesario encontrar un nuevo modo de simular la formación de estructuras cosmológicas que permita estudiar estos dos fenómenos.


El equipo de Ruth Durrer de la Universidad de Ginebra ha creado un programa llamado gevolution basado en la teoría de la relatividad general de Einstein. De hecho, la relatividad general considera que el espacio-tiempo es dinámico, es decir, que el espacio y el tiempo están cambiando constantemente, a diferencia del espacio estático de la teoría newtoniana. El objetivo era predecir la amplitud y el impacto de las ondas gravitacionales y el arrastre del sistema de referencia (la rotación del espacio-tiempo) inducidos por la formación de estructuras cosmológicas.

Así, los físicos analizaron una porción cúbica de espacio, que contenía 60 mil millones de zonas, cada una con una partícula (es decir, lo que sería un trozo de una galaxia) para estudiar el modo en que se mueven respecto de sus vecinas y calcular la métrica (la medida de distancias y tiempo entre dos galaxias del Universo) usando las ecuaciones de Einstein. Los espectros resultantes de estos cálculos permiten cuantificar la diferencia entre los resultados obtenidos por gevolution y los procedentes de códigos newtonianos. Esto permite medir los efectos del arrastre del sistema de referencia y de las ondas gravitacionales introducidos por la formación de estructuras en el Universo.http://observatori.uv.es/