Esta tesis doctoral está dedicada al estudio de la formación y evolución de galaxias en un contexto cosmológico, aprovechando la potencia de la computación de alto rendimiento con un énfasis particular en la computación acelerada por tarjetas gráficas (GPU).
Para avanzar en el campo, la tesis se enfoca en ampliar las capacidades del código público \pkdgravthree, un código de N-cuerpos de última generación masivamente paralelo y acelerado por GPU. Ha sido ampliamente utilizado en la colaboración EUCLID y ha realizado algunas de las simulaciones de materia oscura más grandes.

En esta tesis, se han realizado mejoras clave en el código para implementar un esquema hidrodinámico de última generación y un modelo de formación de galaxias. Se implementaron los esquemas hidrodinámicos de masa finita sin malla y de volumen finito sin malla. Se prestó especial atención en garantizar la conservación adecuada del momento y la energía. Además, dado que el esquema hidrodinámico depende en gran medida de un algoritmo de búsqueda de vecinos, en esta tesis se mejoró sustancialmente la implementación actual en \pkdgravthree para aprovechar mejor los datos en caché y las instrucciones vectoriales de las CPUs.

El modelo de formación de galaxias implementado en \pkdgravthree como parte de esta tesis se asemeja al del exitoso proyecto \eagle. Incluye recetas numéricas para la formación de estrellas y la retroalimentación debido a explosiones de supernovas, enfriamiento radiativo y crecimiento y retroalimentación de agujeros negros supermasivos.

La implementación de ambos esquemas hidrodinámicos y el modelo de formación de galaxias se probó cuidadosamente en un extenso conjunto de simulaciones. Se incorporaron en una sola `suite' de casos de prueba que se pueden ejecutar automáticamente para verificar la precisión de la implementación y evitar la inclusión inadvertida de errores. Ademá
s, se realizaron pruebas de escalado para explorar el rendimiento del código en diferentes corrimientos al rojo y resoluciones, demostrando su idoneidad para simulaciones cosmológicas a gran escala.

Para evaluar la efectividad del código, la tesis presenta aplicaciones a diversas simulaciones. Se comparan las simulaciones realizadas con \pkdgravthree con otros códigos de vanguardia a través de los proyectos de comparación \agora y el cúmulo \nifty. La re-simulación de una galaxia enana del proyecto \nihao proporciona conocimientos sobre las propiedades de las galaxias y la degeneración entre los modelos de formación de galaxias y sus parámetros. Se incluye una simulación del proyecto \camels para demostrar las capacidades del código para realizar simulaciones cosmológicas a gran escala.

Otro aspecto de esta tesis es investigar la luz intracumular (ICL) como un potente trazador de la distribución de materia oscura. Se analizaron las simulaciones \ceagle y \theTH para estudiar la fracción de masa en la ICL y si su distribución sigue la de la materia oscura. De manera similar a los estudios observacionales, se encontró que la distribución de ICL se asemeja estrechamente a la de la materia oscura y, por lo tanto, se puede utilizar para inferir sus propiedades.

Esta tesis tiene como objetivo expandir los límites de las simulaciones de formación de galaxias mediante la extensión del código \pkdgravthree. Aborda desafíos fundamentales en el desarrollo de aplicaciones masivamente paralelas y la realizacion de simulaciones de formación de galaxias. Enfatiza la relevancia del uso de simulaciones de prueba y proyectos de comparación para la validación de la implementación. Esta tesis contribuye sustancialmente al estado actual de las simulaciones cosmológicas y allana el camino para el futuro desarrollo de códigos y estudios de formación de galaxias a escalas de gigaparsec.