Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un modelo computacional innovador que permite simular cómo colapsa la materia oscura cuando sus partículas interactúan entre sí.
Este avance supone un paso clave para comprender mejor la formación de las galaxias y la estructura de los llamados halos galácticos, enormes regiones invisibles que rodean a las galaxias y determinan su evolución.
Un nuevo enfoque para estudiar la materia oscura
La investigación, difundida recientemente por ScienceDaily, se centra en un tipo teórico de materia oscura conocido como materia oscura auto-interactiva. A diferencia de los modelos clásicos, esta hipótesis plantea que las partículas de materia oscura no solo interactúan mediante la gravedad, sino que también pueden chocar entre sí de forma directa, aunque muy débil.
Durante décadas, la materia oscura ha sido uno de los mayores misterios de la cosmología moderna. Los astrónomos saben que representa aproximadamente el 85 % de toda la materia del universo, pero sigue siendo invisible a los telescopios. Su existencia se deduce por sus efectos gravitatorios, como la velocidad a la que giran las galaxias o la forma en que se agrupan en grandes estructuras cósmicas.
El colapso gravotérmico y los halos galácticos
El nuevo modelo aborda un fenómeno conocido como colapso gravotérmico. En sistemas dominados por la gravedad, como los halos de materia oscura, el comportamiento térmico es contraintuitivo. Cuando el sistema pierde energía, su núcleo puede calentarse y volverse más denso, lo que termina provocando un colapso del centro del halo.
Simular este proceso con precisión había sido hasta ahora extremadamente complejo. Los métodos tradicionales funcionaban bien en escenarios muy simples, pero fallaban al representar las condiciones intermedias, que son precisamente las más relevantes para entender cómo evolucionan las galaxias reales.
Un vacío en las simulaciones cosmológicas
Hasta este trabajo, los científicos utilizaban dos enfoques separados para estudiar la materia oscura. Por un lado, simulaciones eficientes cuando las partículas apenas interactúan. Por otro, modelos pensados para regiones extremadamente densas. El problema era que el régimen intermedio, donde ocurren muchos procesos clave, quedaba mal representado.
Este vacío limitaba la capacidad de los investigadores para comparar las predicciones teóricas con las observaciones astronómicas, especialmente en galaxias pequeñas y medianas, donde las discrepancias con los modelos clásicos son más evidentes.
KISS-SIDM: un modelo más rápido y accesible
Para resolver este problema, los investigadores desarrollaron un nuevo código computacional denominado KISS-SIDM. Esta herramienta combina velocidad y precisión, permitiendo estudiar con detalle cómo evolucionan los halos de materia oscura a lo largo de miles de millones de años.
Uno de los aspectos más destacados del modelo es que puede ejecutarse en ordenadores convencionales, sin necesidad de superordenadores costosos. Esto abre la puerta a que muchos más grupos de investigación puedan realizar simulaciones avanzadas sin grandes barreras técnicas o económicas.
Implicaciones para la formación de galaxias
Los resultados de estas simulaciones podrían ayudar a explicar por qué algunas galaxias presentan núcleos muy densos mientras que otras muestran centros más difusos. Este es uno de los grandes debates actuales en la astrofísica, y la materia oscura auto-interactiva podría ofrecer una explicación coherente.
Además, los científicos plantean que ciertos colapsos de materia oscura podrían influir en la formación temprana de agujeros negros masivos o alterar la distribución del gas que da origen a nuevas estrellas. Aunque estas hipótesis todavía deben comprobarse, el nuevo modelo proporciona una base sólida para investigarlas.
Un paso más para entender el universo
Más allá de sus aplicaciones concretas, el estudio demuestra el papel cada vez más relevante de la computación avanzada en la astronomía moderna. Al combinar teoría física y simulaciones detalladas, los investigadores pueden explorar procesos imposibles de reproducir en laboratorios terrestres.
En conjunto, este avance abre una nueva vía para estudiar la naturaleza de la materia oscura y su influencia en la arquitectura cósmica. Cada mejora en estos modelos acerca a la ciencia a responder una de las preguntas fundamentales de la astronomía contemporánea: de qué está hecho realmente el universo y cómo llegó a ser como lo conocemos hoy.
