La materia oscura es una pieza clave del modelo cosmológico para la comprensión del Universo. Dentro del paradigma actualmente aceptado, la naturaleza física del 85% de la materia del Universo es un misterio, ya que no es posible verla ni detectarla de manera directa. De ahí que se denomine ‘materia oscura’. Entretanto, los métodos indirectos de detección vigentes presentan importantes incertidumbres. Hoy por hoy, la materia oscura se identifica a partir de la fuerza gravitatoria que ésta ejerce sobre la materia ordinaria, que se observa y se mide mediante el uso de telescopios y otras herramientas de la astrofísica.
El método propuesto por el equipo parte del análisis de una simulación computacional que abarca gran volumen del Universo, incluyendo los cúmulos de galaxias y las gigantescas ondas de choque producidas durante su formación, es decir, los llamados ‘choques de acreción’. Concretamente, el trabajo demuestra que la masa total de los cúmulos, el radio del choque de acreción y la intensidad de éste se encuentran estrechamente relacionados. “Estas ondas de choque son consecuencia de la fuerte deceleración y subsiguiente calentamiento de la materia ordinaria, que alcanza velocidades supersónicas debido a la acción gravitatoria generada por la materia oscura”, explica el físico David Vallés Pérez, investigador del programa Atracció de Talent de la UV en el Departament d’Astronomia i Astrofísica, y primer autor del artículo. “El método que proponemos permitirá medir la masa total del cúmulo, un 85% de la cual sabemos que corresponde a materia oscura”, añade Vallés.
“Las simulaciones cosmológicas juegan el papel de grandes laboratorios virtuales en los que recrear y estudiar los distintos procesos físicos que determinan la formación y evolución del Universo. En este sentido, las simulaciones han sido una herramienta clave para el avance de nuestra visión del Cosmos”, Vicent Quilis, catedrático de Astronomía y Astrofísica, responsable del grupo de Cosmología Computacional y cofirmante del trabajo
Así, el resultado de este trabajo abre las puertas al establecimiento de un nuevo método científico, más preciso y confiable, para el estudio de la materia oscura, un factor fundamental para el modelo cosmológico del Big Bang. “A pesar del reto que supone medir las propiedades del gas alrededor de las ondas de choque más externas, algunos datos preliminares permiten esperar que, en los próximos años, diferentes proyectos observacionales en rayos X y ondas milimétricas consigan medir el radio y la intensidad de los choques de acreción para un gran número de cúmulos de galaxias”, comenta Susana Planelles, profesora titular del Departament d’Astronomia i Astrofísica, codirectora del estudio y cofirmante del paper. “Y estas medidas directas permitirán aplicar el método que proponemos para estimar el contenido de materia oscura de los cúmulos”, añade la investigadora perteneciente al grupo de Cosmología Computacional responsable de la investigación.
Para desarrollar este estudio, el equipo se ha servido del supercomputador ‘Lluís Vives’, un sistema híbrido de memoria compartida y distribuida con más de diez mil núcleos de cálculo, que forma parte de la red de supercomputación de la Universitat de València. “Las simulaciones cosmológicas juegan el papel de grandes laboratorios virtuales en los que recrear y estudiar los distintos procesos físicos que determinan la formación y evolución del Universo. En este sentido, las simulaciones han sido una herramienta clave para el avance de nuestra visión del Cosmos”, explica Vicent Quilis, catedrático de Astronomía y Astrofísica, responsable del grupo de Cosmología Computacional y cofirmante del trabajo.
Los resultados de este estudio se desprenden de la tesis doctoral en curso de David Vallés –dirigida por Vicent Quilis y Susana Planelles– y supondrán, según el artículo, una nueva restricción al modelo cosmológico actual, que estima en un 85% la cantidad de materia oscura del Universo. “Esperamos que la aplicación del método que describimos permita utilizar toda una nueva generación de datos observacionales muy útiles para determinar los componentes del Universo y contribuir, por consiguiente, a mejorar el modelo cosmológico que nos ayuda a entender la formación y evolución del Cosmos”, concluye Quilis.