¿Podrían unas galaxias salidas directamente de un ordenador engañar a los astrónomos más experimentados? Eso es lo que ocurre con la simulación COLIBRE, cuyas galaxias virtuales son tan realistas que se confunden con las fotografiadas por el telescopio espacial James Webb.
Esta proeza informática se basa en el modelo estándar de la cosmología, denominado Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM - o LCDM). Los investigadores hicieron funcionar el superordenador COSMA8 de la Universidad de Durham para modelar la formación de galaxias a partir de gas frío y polvo, desde los primeros mil millones de años después del Big Bang hasta hoy. El resultado es una reproducción sin precedentes del Universo observable.
A la izquierda, la red cósmica donde el color codifica la densidad proyectada del gas y las estrellas. A la derecha, dos de las numerosas galaxias formadas en las simulaciones, vistas de frente (arriba) y de perfil (abajo).
Crédito: Schaye et al. (2026) La gran innovación de COLIBRE es saber simular el gas frío y el polvo, elementos clave en la formación de las estrellas. Las simulaciones anteriores ignoraban este componente esencial. Hoy, los científicos reproducen con precisión el número, la luminosidad, el color y el tamaño de las galaxias reales, validando así nuestra comprensión de la evolución cósmica.
"Es emocionante ver galaxias salir de nuestro ordenador y parecerse increíblemente a las reales", se entusiasma Carlos Frenk, miembro del equipo. Le gusta bromear con sus colegas observadores pidiéndoles que adivinen qué imagen proviene del cielo y cuál de la simulación. Todo esto, simplemente resolviendo las ecuaciones de la física aplicadas a la expansión cósmica.
Sin embargo, incluso esta simulación tan lograda se topa con una anomalía: los "pequeños puntos rojos" observados por James Webb. Estos objetos aparecen en abundancia 600 millones de años después del Big Bang, y luego desaparecen cuando el Universo tiene aproximadamente 1,500 millones de años. Quizás se trate de semillas de agujeros negros supermasivos, pero COLIBRE aún no los reproduce.
Los resultados de COLIBRE han sido publicados en la revista
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Aunque la mayoría de las simulaciones concluyeron en 2025, algunas continúan. Los datos ya recopilados tomarán años en analizarse, abriendo el camino a futuros descubrimientos sobre el nacimiento y la evolución de las galaxias.
Las cinco cajas cúbicas de COLIBRE, cuyos lados miden de 25 a 400 cMpc. El color indica la densidad superficial total (sobre caras de 5 Mpc de espesor).
Los volúmenes disponibles a alta (m5), media (m6) y baja (m7) resolución están indicados. El modelo estándar de la cosmología (ΛCDM)
El modelo ΛCDM, por Lambda Cold Dark Matter, es la teoría dominante que describe el Universo. Supone que el Universo está compuesto por aproximadamente un 5 % de materia ordinaria, un 27 % de materia oscura fría y un 68 % de energía oscura (representada por la constante cosmológica Lambda 'Λ'). Este modelo explica con éxito la expansión acelerada del Universo, la formación de grandes estructuras como las galaxias y la radiación fósil del Big Bang. COLIBRE utiliza este marco para simular la evolución cósmica durante 13 mil millones de años.
La materia oscura fría, invisible pero detectable por sus efectos gravitacionales, juega un papel central. Sirvió como "esqueleto" para la formación de las primeras galaxias. La energía oscura, por su parte, acelera la expansión del Universo. El modelo ΛCDM ha sido confirmado en numerosas ocasiones por las observaciones, pero aún quedan preguntas, especialmente sobre la naturaleza exacta de la materia oscura y la energía oscura. Simulaciones como COLIBRE ayudan a probar sus predicciones.
Al reproducir fielmente las propiedades de las galaxias observadas, COLIBRE aporta una nueva validación al modelo ΛCDM. Sin embargo, la incapacidad de explicar los "pequeños puntos rojos" podría indicar lagunas en nuestra comprensión, como procesos relacionados con agujeros negros primordiales. Los cosmólogos continúan por tanto afinando el modelo con la ayuda de superordenadores.
Los "pequeños puntos rojos" y las semillas de agujeros negros
Los "pequeños puntos rojos" son objetos compactos y rojos observados por el telescopio espacial James Webb en el Universo joven, aproximadamente 600 millones de años después del Big Bang. Aparecen en gran número durante un corto período, y luego desaparecen totalmente cuando el Universo alcanza aproximadamente 1,500 millones de años. Su naturaleza exacta es desconocida, pero una hipótesis sugiere que se trata de semillas de agujeros negros supermasivos en formación.
Estas semillas serían agujeros negros primordiales, nacidos del colapso directo de nubes de gas masivas. Podrían luego crecer rápidamente para convertirse en los agujeros negros supermasivos que observamos hoy en el centro de las galaxias. Su color rojo vendría del polvo que oscurece su luz, y su pequeño tamaño aparente se debería a su distancia. Pero existen otras explicaciones, como galaxias enanas muy polvorientas.
Las simulaciones COLIBRE no logran reproducir estos objetos, lo que indica que los modelos actuales de formación de galaxias y agujeros negros están incompletos. Para resolver este enigma, los investigadores quizás deban incluir procesos físicos adicionales, como las retroalimentaciones de los agujeros negros o una formación estelar más intensa.
Fuente: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society