Bajo el liderazgo de la astrofísica española Elena Fernández-García, un grupo internacional de investigadores ha alcanzado un hito trascendental para comprender la distribución de la materia oscura en el tejido universal. Este descubrimiento se posiciona como una pieza fundamental para desentrañar la progresión del cosmos, permitiendo a los científicos reconstruir la historia y el porvenir de los cúmulos galácticos, y con ello, profundizar en nuestro propio origen. En términos científicos, la materia invisible representa
“uno de los mayores misterios del universo”
, de acuerdo con las valoraciones del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
Estas concentraciones de materia no interactúan con la luz, pues no la emiten, absorben ni reflejan, lo que impide su detección mediante el uso de telescopios convencionales. No obstante, su existencia es vital, dado que constituye el 85% de la masa total presente en el cosmos. Su influencia es determinante en la rotación de las estructuras galácticas, en la desviación lumínica de cuerpos lejanos y en la configuración general del universo a gran escala. El reciente trabajo de Fernández-García, realizado con la colaboración del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), introduce un esquema teórico vanguardista que describe con una exactitud sin precedentes la densidad de los halos de materia oscura a través del tiempo y en diversas escalas espaciales.
Previamente, la comunidad científica dependía de simulaciones digitales y fórmulas matemáticas para realizar estimaciones sobre estos halos basadas en su masa y en la época cósmica analizada, fenómeno que los expertos denominan redshift o corrimiento al rojo (el estiramiento de la luz producto de la expansión del universo). Elena Fernández-García explica en su estudio, divulgado en la publicación especializada Astronomy & Astrophysics, que
“el problema era que los modelos clásicos solo eran fiables para ciertas épocas o tamaños de halo, y debíamos recurrir a complicados ajustes empíricos para cubrir otros casos”
.
La importancia de los halos en la estructura del universo
Desde los momentos posteriores al Big Bang, la materia oscura ha tendido a agruparse en vastas estructuras no visibles denominadas halos, los cuales sirven como base para la posterior formación de galaxias y supercúmulos. Determinar la frecuencia, las dimensiones y el momento de aparición de estos halos resulta indispensable para comprender tanto la historia remota como el destino final de todo lo existente.
Con el objetivo de profundizar en este conocimiento, el equipo de investigación, integrado también por especialistas de Estados Unidos y Japón, ha diseñado una metodología matemática bautizada como GPS+ (por sus siglas en inglés, Generalized Press–Schechter con colapso triaxial). Este sistema permite realizar cálculos precisos sobre la abundancia de halos en cualquier periodo temporal y para cualquier rango de masa, abarcando desde pequeñas estructuras de tamaño similar a las galaxias enanas hasta los gigantescos halos que contienen supercúmulos de estrellas y galaxias unidos por la fuerza de gravedad.
El carácter innovador del modelo GPS+ radica en que, a diferencia de sus predecesores, no está condicionado explícitamente por el tiempo o el redshift. Su estructura matemática utiliza exclusivamente una variable estadística del cosmos definida como la varianza del campo de la densidad lineal. Para corroborar la efectividad de este planteamiento, los investigadores emplearon la potencia de cálculo del supercomputador Fugaku, ubicado en territorio japonés, junto con el conjunto de simulaciones conocido como Uchuu.
Mediante este proceso, los astrofísicos lograron modelar meticulosamente la transformación de la materia oscura durante casi toda la cronología del universo observable, desde hace 13.800 millones de años hasta el presente. El uso de estas simulaciones permitió testear el GPS+ en intervalos de masa y tiempo nunca antes explorados, integrando datos que van desde el origen del cosmos hasta la actualidad, incluyendo halos considerablemente más masivos o reducidos que los analizados en estudios previos.
Avances significativos para la exploración espacial futura
Juan Bencort Rijo, investigador perteneciente al IAC, detalló sobre el funcionamiento del sistema:
“La materia del universo no se agrupa formando esferas perfectas, sino estructuras irregulares y complejas. Al incorporar esta realidad y otros detalles del proceso de colapso gravitatorio, el modelo GPS+ describe con mayor fidelidad cómo se forman los halos de materia oscura y, en consecuencia, cómo nacen y evolucionan las galaxias”
. Esta nueva herramienta logra predecir la cantidad de halos con un margen de error inferior al 20% independientemente de la masa o la época, lo que representa una mejora sustancial frente a los modelos tradicionales, que presentaban desviaciones de hasta el 80% en las etapas tempranas del universo.
Sumado a esto, el nuevo mapa resuelve dos obstáculos técnicos de larga data: garantiza una normalización exacta (asegurando que el total de halos sea coherente con la masa del Universo) y predice correctamente la existencia de los halos de mayor envergadura. Francisco Prada, coautor del estudio, enfatizó que
“el nuevo modelo supone un avance crucial para la cosmología”
. Este progreso facilitará la interpretación de los datos que se obtienen actualmente en misiones internacionales de gran escala como Euclid, DESI, JWST y LSST, destinadas a cartografiar la estructura cósmica.
Esta fórmula matemática, fundamentada en leyes físicas y con una dependencia mínima de ajustes externos, se encuentra disponible para el público y será integrada en los sistemas de análisis global de la ciencia. Como conclusión, Fernández-García sostiene:
“Con GPS+ damos un salto no solo en precisión, sino en comprensión física, simplificando la interpretación del crecimiento de las estructuras cósmicas y abriendo nuevas puertas para explorar el Universo oscuro”
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