La cosmología moderna avanza hacia una cartografía cada vez más precisa del universo. Un equipo con participación española ha logrado ahora el censo más detallado hasta la fecha de las estructuras invisibles que sostienen galaxias y cúmulos: los halos de materia oscura. El resultado afina nuestra comprensión de cómo se ha organizado el cosmos desde sus orígenes hasta hoy.
En el universo existen gigantescas estructuras que no emiten luz y no pueden observarse de forma directa. Son los halos de materia oscura, concentraciones cuya gravedad actúa como un auténtico “andamiaje” cósmico: en su interior se forman y evolucionan las galaxias, incluida la Vía Láctea.
Un estudio liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha reconstruido con gran precisión cómo se distribuyen estos halos a lo largo de los 13.800 millones de años de historia del universo. El trabajo se ha publicado en la revista Astronomy & Astrophysics Letters.
Un censo matemático de la materia oscura
Lejos de ser un catálogo individual de objetos, el registro elaborado por los investigadores es lo que los cosmólogos denominan “función de masa de los halos”. Se trata de una descripción matemática que indica cuántos halos de materia oscura existen en cada rango de masa y en cada época del universo.
“Esto es importante porque no todos los halos son iguales: algunos albergan galaxias muy pequeñas; otros contienen galaxias como la Vía Láctea; y los más masivos pueden reunir enormes cúmulos con cientos o miles de galaxias”, explica Elena Fernández García, investigadora del IAA-CSIC y primera autora del estudio.
El avance se apoya en el desarrollo de un nuevo modelo teórico, denominado GPS+, que permite predecir con mayor exactitud la abundancia de halos en distintas fases de la historia cósmica.
Más precisión para entender el universo primitivo
Uno de los principales logros del trabajo es la corrección de limitaciones presentes en aproximaciones anteriores. Algunos modelos podían desviarse hasta en un 80 % al describir el universo temprano, cuando las primeras estructuras comenzaban a formarse tras el Big Bang.
El modelo GPS+ reduce esas discrepancias, especialmente en los extremos de masa —donde las incertidumbres eran mayores—, hasta situarlas en torno al 10–20 %, manteniendo una alta precisión a lo largo de casi toda la evolución del universo.
“La clave está en una idea sencilla”, señala Juan Bencort Rijo, investigador del IAC. “La materia no se agrupa formando esferas perfectas, sino estructuras irregulares y complejas. Al incorporar esta realidad y otros detalles del colapso gravitatorio, el modelo describe con mayor fidelidad cómo se forman los halos de materia oscura y, en consecuencia, cómo nacen y evolucionan las galaxias”.
Este tipo de avances teóricos resulta fundamental en un momento en el que la astronomía vive una auténtica edad de oro observacional, con telescopios capaces de mirar miles de millones de años atrás en el tiempo.
Simulaciones a gran escala con supercomputación
Para validar la solidez del modelo, el equipo lo contrastó con Uchuu —“universo” en japonés—, uno de los conjuntos de simulaciones cosmológicas más completos realizados hasta la fecha. En su desarrollo participó el IAA-CSIC.
Estas simulaciones fueron ejecutadas en Fugaku, uno de los superordenadores más potentes del mundo, en Japón, bajo la dirección de Tomoaki Ishiyama, investigador de la Universidad de Chiba y coautor del estudio.
Además, todos los catálogos de halos generados a partir de Uchuu están disponibles en la base de datos Skies & Universes, desarrollada en el IAA-CSIC. Esta infraestructura de big data permite a la comunidad científica internacional acceder a grandes volúmenes de información para contrastar modelos y preparar futuras observaciones.
Clave para interpretar el James Webb y los grandes sondeos
Las nuevas predicciones no solo refinan la teoría, sino que también mejoran las herramientas para interpretar los datos de los telescopios actuales.
Entre ellos destaca el James Webb Space Telescope, que observa galaxias extremadamente lejanas formadas en las primeras etapas del universo. También serán relevantes para grandes cartografiados del cielo como DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), cuyo objetivo es reconstruir la distribución de la materia a gran escala y arrojar luz sobre la naturaleza de la energía oscura.
En este proyecto internacional, el IAA-CSIC ha desempeñado un papel destacado tanto en el desarrollo tecnológico como en la explotación científica de los datos.
“Disponer de un censo más exacto de los halos de materia oscura es clave para conectar esas observaciones con los modelos teóricos y comprobar si nuestra descripción del universo —incluida la naturaleza de la materia y la energía oscura— se ajusta a los datos”, subraya Elena Fernández.
Un paso más en la cosmología de precisión
El modelo GPS+ ya está disponible para la comunidad científica internacional, lo que facilitará su integración en futuros análisis y simulaciones. El trabajo refuerza el papel de los centros españoles en la investigación cosmológica y consolida su colaboración con instituciones como la Universidad de Chiba y la Universidad de Virginia.
En un contexto en el que Europa y España aspiran a mantener una posición destacada en la ciencia espacial y la astrofísica, avances como este permiten afinar el mapa invisible del universo y acercarnos a responder una de las grandes preguntas de la física moderna: de qué está hecho realmente el cosmos y cómo ha evolucionado hasta adoptar la estructura que hoy observamos.
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