Un universo virtual para la misión Euclid: publican el mayor catálogo de simulaciones cosmológicas

Lanzada en julio de 2023, la misión Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA) está actualmente en el espacio cartografiando un tercio del cielo en un periodo de tiempo de 6 años. Hoy, el consorcio de Euclid publica el mayor catálogo sintético de galaxias jamás construido, que incluye simulaciones de más de 3.400 millones de galaxias para igualar la nitidez de los ojos de Euclid. 

El Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) ha tenido un rol clave en este desarrollo. Investigadores del IEEC en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), así como el Port d’Informació Científica (PIC), han liderado el equipo internacional que ha preparado el catálogo, que está disponible en la plataforma CosmoHub.

Este catálogo sintético, conocido como ‘Flagship 2 Galaxy mock’, busca reproducir lo que el telescopio Euclid, de 1,2 m de diámetro, podrá ver y capturar, imitando el universo real. Debido a su gran volumen, estas simulaciones permiten representar galaxias muy distantes que emitieron su luz a más de 10.000 millones de años luz de distancia.

Reproducir el universo con simulaciones computacionales antes de obtener el mapa 3D final nos ayudará a entender lo que ve Euclid y permitirá estudiar el origen de la ‘red cósmica’ —la estructura a gran escala del universo—, poner a prueba el modelo cosmológico estándar y ayudarnos a desentrañar la naturaleza de la energía oscura y la materia oscura.

«Este es un gran paso para la comunidad científica, ya que ahora es accesible para todo el mundo. Además, puede tener múltiples aplicaciones científicas más allá del contexto de la misión Euclid», afirma Jorge Carretero, investigador del Port d’Informació Científica (PIC) y del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT). «En concreto, puede utilizarse como simulación de referencia para otros cartografiados astronómicos y sus combinaciones», añade.

El equipo ha utilizado modelos computacionales producidos por la Universidad de Zúrich que simulan el movimiento de 4 billones de partículas bajo la influencia de sus interacciones gravitacionales mutuas. De estos 4 billones, se identificaron 16.000 millones de objetos gravitacionalmente ligados, llamados halos, ubicados a una distancia de 18.600 millones de años luz de la Tierra. Se incluyeron las galaxias en los halos que se espera que Euclid observe calibrando los parámetros con respecto a la distribución actual de galaxias observada.

En total, este catálogo incluye 3.400 millones de galaxias y más de 400 propiedades galácticas modeladas, incluyendo el brillo, posición, velocidad y forma de la galaxia. La simulación resultante reproduce con alta precisión el surgimiento de la estructura a gran escala del universo: galaxias y cúmulos de galaxias dentro de la red cósmica que comprende materia oscura y visible.

«El principal valor de este catálogo es el amplio conjunto de propiedades que han sido derivadas por galaxia. Hemos comprobado que muchas de estas propiedades se asemejan mucho a lo que observamos en datos observacionales, pero estamos empezando a explorar hasta dónde podemos llegar en la predicción de propiedades que los futuros cartografiados de galaxias observarán con gran detalle», señala Pablo Fosalba, investigador del IEEC en el ICE-CSIC.

El catálogo de galaxias se genera y analiza mediante hardware especializado, una plataforma de big data llamada Hadoop ubicada en el PIC. Generar un catálogo de estas características supone un reto tanto científico como técnico, ya que implica el desarrollo de estrategias computacionales y estadísticas, además de incorporar el conocimiento actualizado sobre la formación y evolución de galaxias y su interacción con los componentes oscuros del universo.

El consorcio Euclid se centrará en la producción de nuevos conjuntos de datos de simulación, mejorando la resolución del catálogo con el objetivo de reproducir los campos profundos que Euclid observará. «El equipo trabajará en la mejora de las propiedades asignadas para que sean más consistentes con las observaciones y para mantener el catálogo actualizado teniendo en cuenta las próximas observaciones», señala Elizabeth González, investigadora del PIC y del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE). 

Igual que las observaciones de cartografiados anteriores, como el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) y el Cosmic Evolution Survey (COSMOS) del telescopio Hubble, que se han utilizado para calibrar los parámetros del modelo que asigna galaxias a los halos, el catálogo de galaxias simuladas Euclid Flagship ayudará a desarrollar estrategias para la explotación científica de futuros cartografiados de galaxias. Estas simulaciones podrían tener un mayor impacto y trascender el propósito inicial del catálogo, permitiendo a la comunidad científica poner a prueba técnicas de observación para recuperar información cosmológica o para realizar estudios que conecten el universo observable y el universo oscuro.

«Las simulaciones Euclid Flagship son cruciales para el éxito de la misión. El Consorcio Euclid las utiliza para validar el rendimiento y la calidad del procesamiento integral del Segmento Terrestre Científico y para comparar el análisis científico de los datos de Euclid con los modelos cosmológicos de materia y energía oscuras. Estas simulaciones cumplen con la precisión y exactitud necesarias para contrastar los modelos cosmológicos con las características reales del universo oscuro», concluye Yannick Mellier, líder del Consorcio Euclid e investigador del Institut d’Astrophysique de Paris (IAP).

El catálogo ha sido elaborado por las siguientes instituciones dentro del consorcio Euclid: el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), el Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), el Port d’Informació Científica (PIC) ―operado a través de un acuerdo de colaboración entre el Centro de Investigación en Energía, Medio Ambiente y Tecnología (CIEMAT) y el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE)―, la Universidad de Zúrich, la Universidad de Utrecht, el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica (CEA), el University College London (UCL) y el Institut d’Astrophysique de Paris (IAP).

Autor Principal en el IEEC

Pablo Fosalba

Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC)
Correo electrónico: fosalba@ieec.cat, fosalba@ice.csic.es