Simulaciones en el superordador 'Finis Terrae' ayudan a estudiar el universo

El observatorio espacial Herschel, que orbita entre la Tierra y el Sol, y la red de radiotelescopios ALMA de Atacama (Chile) son algunas de las modernas instalaciones científicas que proporcionan ingentes cantidades de datos para ayudar a conocer mejor el universo. Analizar estos datos es tan importante como obtenerlos y a ello se aplican multitud de equipos científicos, entre ellos el que dirige el investigador Octavio Roncero Villa en el Instituto de Física Fundamental (IFF) del CSIC. Para su trabajo cuenta con la capacidad de cálculo del Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA).

La detección de los espectros de microondas y de infrarrojo por Herschel y los 66 radiotelescopios del ALMA permiten estudiar moléculas en el espacio interestelar, la composición química de atmósferas planetarias y estelares, así como la superficie de cometas, planetas y satélites. Así se obtiene información de gran interés para la determinación de la formación de galaxias en el universo primitivo y su evolución o sobre la formación de moléculas y biomoléculas, entre otros temas.

Todo ello aumentará los conocimientos científicos en materias como la formación de las estrellas tras el Big Bang -la 'gran explosión' que dio origen al Universo- y la formación de estrellas y planetas en proceso de nacimiento. Estos enormes proyectos científicos, explica Roncero, permiten "detectar moléculas y su abundancia en nubes interestelares o atmósferas planetarias, pero hace falta conocer su comportamiento en colisiones con otras moléculas o iones o tras la absorción de fotones para modelizar su evolución".

Esto requiere modelizar procesos dinámicos de especies radicales que “viven” poco tiempo y que son difíciles de caracterizar en las condiciones experimentales de los laboratorios. Así, el hidrógeno atómico, molecular e iónico tiene una importancia fundamental dado que es el elemento más abundante en el Universo, y los procesos colisionales y radiativos en los que participa el hidrógeno deben ser estudiados mediante simulaciones cuánticas, que requieren superordenadores como el Finis Terrae del CESGA.

En estas simulaciones, según el investigador, "se obtienen datos de enorme utilidad" que emplearán los astrofísicos moleculares para el estudio de la gran cantidad de información obtenida gracias a Herschel o a ALMA, en proyectos "de decenas de años de duración y muchos millones de euros de coste". Así, describir mejor el comportamiento de determinadas especies iónicas y moleculares de hidrógeno "requiere el conocimiento de los procesos colisionales y radiativos en los que están involucradas", lo que serviría para tomarlas como sondas en el estudio de, por ejemplo el ión H₃⁺, de ionosferas y nubes interestelares.

Se pretende de esta forma poner un ladrillo más en el conocimiento del ciclo de formación molecular desde el Big Bang hasta nuestros días, proporcionando datos para elaborar modelos de evolución del universo molecular, hasta la formación de moléculas biológicas que dan lugar a la vida, de la que se ocupa el emergente campo de la astrobiología.

Pero su análisis requiere una gran potencia de cálculo, pues utilizando métodos de mecánica cuántica para conocer el comportamiento de unos pocos átomos -lo que se podría considerar como "un proceso trivial"-, se necesita simular lo que sucede "en billones de puntos de espacios multidimensionales". Es ahí donde entra en juego la capacidad de cálculo del superordenador Finis Terrae del CESGA, que emplean Roncero y su equipo para sus trabajos.