LNS, herramienta para ampliar nuestros conocimientos sobre el Universo

Desde que se proyectó, el Laboratorio Nacional de Supercómputo del Sureste de México (LNS) tiene el respaldo de 90 investigadores de tres instituciones de educación superior que desarrollan investigación en ciencia básica y aplicada: la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP). Esta herramienta permitirá el desarrollo de estudios de investigadores y estudiantes.

Ivânio Puerari, astrofísico del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, es uno de los investigadores interesados y en espera de usar supercómputo para desarrollar parte importante de sus investigaciones; en entrevista con este suplemento comparte el uso del supercómputo en el área de la Astronomía en que desarrolla sus investigaciones.

 

Saberes y Ciencias (SyC): ¿De qué modo participa en el uso del LNS?

Ivânio Puerari (IP): Somos varios los interesados en usar los clústeres del LNS, incluyendo a los estudiantes. Soy astrofísico y en este momento estudio dinámica de galaxias. La dinámica galáctica es el estudio de cómo las estrellas se mueven en una galaxia. Hay galaxias de formas variadas y las estrellas se mueven de manera diferente; por ejemplo, hay galaxias que contienen un disco de estrellas las cuales sabemos que están rotando y hay otras galaxias donde las estrellas van en distintas direcciones. Nosotros investigamos para entender por qué una galaxia presenta determinada morfología y por qué no hay galaxias con morfologías más complejas.

 

SyC:  ¿Cuál es su especialidad?

IP:  Soy astrofísico teórico y computacional, pero también realizo análisis de datos obervacionales. Mis principales areas de investigación son la astrofísica extragaláctica y la dinámica de sistemas estelares.

 

SyC: Dicen que hay astrónomos observacionales, teóricos y computacionales, ¿cuál es la diferencia?

IP: Como su nombre lo indica, los astrónomos observacionales trabajan principalmente con datos obtenidos de observaciones. Pueden obtener dicha información por cuenta propia, u obtenerlos de grandes bases de datos que están disponibles para la comunidad científica. Su investigación se centra en analizar los datos y obtener parámetros físicos de los objetos para entender su naturaleza.

Por otro lado, los astrofísicos teóricos hacen su investigación calculando y resolviendo ecuaciones matemáticas sin realizar observaciones; buscan entender la naturaleza del universo basados en principios básicos que a su vez son expresados en lenguaje matemático. Estas ecuaciones son interpretadas para generar relaciones matemáticas entre los parámetros físicos que conocemos.

Y los astrofísicos computacionales basan sus investigaciones en la utilización de computadoras para la resolución de sus ecuaciones de una manera numérica. Así, utilizando grandes recursos computacionales, pueden resolver problemas que son imposibles de resolver de forma analítica.

 

SyC: ¿Para qué la astronomía requiere del Supercómputo?

IP: Las supercomputadoras —conjuntos de procesadores que pueden tener de cientos a millones de cpu’s— tienen la capacidad de realizar una gran cantidad de cálculos matemáticos. Sus aplicaciones en astrofísica se efectúan a diversas escalas, como formación de planetas, formación de estrellas, medio interestelar, formación de galaxias, dinámica de galaxias, formación de cúmulos de galaxias y la evolución del universo mismo. Una de las grandas e importantes aplicaciones del supercómputo en astronomía es el cálculo de modelos cosmológicos para entender como el universo se ha formado y como evolucionará en el futuro.

Ahora, se pueden hacer simulaciones de galaxias sólo considerando las estrellas —que son la mayor parte de la masa de una galaxia—,  pero si quieres saber cómo es la formación estelar entonces necesitas otro modelo matemático que maneje ecuaciones de la evolución del gas. Un modelo puede entenderse como una serie de ecuaciones a ser resueltas; mientras más complejo sea el modelo, mucho más ecuaciones a ser resueltas tendrá y las computadoras necesitan tener más poder de cálculo para resolver todas éstas en menos tiempo.

También es posible realizar cálculos de órbitas de potenciales gravitacionales que representan distintas distribuciones de materia. Cada distribución de masa —por ejemplo el sol— crea un potencial de determinada forma; a partir de ello es posible describir las fuerzas que crea este potencial y calcular las órbitas que evolucionan en ese potencial.

Es posible realizar análisis de estabilidad y de caos de órbitas; antes se pensaba que todas las órbitas serían bastante estables porque las galaxias sobreviven muchísimo tiempo, pero ahora es posible saber que una órbita es caótica y que puede dar soporte una estructura sin destruirla.

El estudio de la interacción de galaxias es otro caso del uso del supercómputo en astronomía. Por ejemplo, supongamos que realizamos dos simulaciones de galaxias: se crea el modelo y se crea toda la distribución de partículas —esas son las estrellas de la galaxia. Una de esas simulaciones evoluciona como un modelo aislado y  al otro se le integran perturbaciones. Es importante destacar que no es posible hacer interacciones de galaxias a mano calculando y resolviendo ecuaciones: se hace todo con simulaciones numéricas y para ello necesitas clústeres científicos de alto rendimiento.

Es importante comprender que no sólo es necesario el recurso, en este caso de cómputo, sino sobre todo, tener ideas, tener curiosidad y la necesidad de saber más. Una computadora no funciona por sí sola,  se requiere de un cerebro detrás de ella.

La evolución tecnológica permite ampliar nuestros conocimientos en menor tiempo: hace unos años, las simulaciones numéricas que yo hacía eran de 40 mil partículas; ahora con esta tecnología es posible hacer simulaciones de varios millones de partículas. Los resultados son diferentes: esta última simulación es más creíble, tiene mucho más resolución. Claro, si es la realidad, eso es otra cosa.

 

SyC: Entonces, ¿hay áreas de la astronomía que no se realizarían sin supercómputo?

IP: Uno podría pensar que sólo el astrofísico computacional depende de supercómputo, pero esa impresión dista mucho de la verdad. Por ejemplo, el astrónomo observacional muchas veces recurre a resultados de modelos calculados con supercomputadoras para encontrar el mejor valor de determinadas cantidades físicas basadas en las cantidades observacionales que él determina. De la misma manera, mucha investigación teórica de la formación y evolución del Universo, por ejemplo, está basada en resultados de grandes simulaciones numéricas que son procesadas en supercomputadoras.

 

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