Nuevo GPS cósmico presenta el mapa invisible más detallado del universo
Un grupo de expertos en cosmología del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) junto con el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) han logrado desarrollar el registro más exacto hasta ahora de los halos de materia oscura presentes en el universo.
Estas estructuras, invisibles a la vista directa, envuelven galaxias y cúmulos de galaxias. Son concentraciones de materia que no emiten luz y no pueden observarse mediante métodos tradicionales, pero que ejercen una fuerza gravitacional fundamental para mantener cohesionadas a las galaxias y dirigir su formación, funcionando como el esqueleto del cosmos.
El estudio, dirigido por los equipos del IAA-CSIC y el IAC, ha conseguido realizar un conteo extremadamente detallado de estas formaciones a lo largo de los 13.800 millones de años que conforman la historia del universo.
Función de masa de los halos
Este catálogo, conocido en el ámbito cosmológico como la “función de masa de los halos”, no consiste en una relación individual de cada estructura, sino en una representación matemática que determina la cantidad de halos de materia oscura que existen en cada rango de masas para diferentes épocas del universo.
Según explica Elena Fernández García, investigadora del IAA-CSIC y autora principal del artículo publicado en Astronomy & Astrophysics Letters, “no todos los halos son iguales: unos contienen galaxias muy pequeñas; otros albergan galaxias como la Vía Láctea; y los de mayor tamaño pueden integrar enormes cúmulos con cientos o miles de galaxias”.
Modelo GPS+ y su importancia
Este avance se basa en el desarrollo del modelo teórico GPS+, que permite predecir con gran exactitud la abundancia de halos de materia oscura durante diferentes etapas del universo.
El trabajo representa un avance notable al corregir errores presentes en modelos anteriores, los cuales podían tener desviaciones de hasta el 80 % al describir el universo primitivo. El modelo GPS+ reduce esas imprecisiones, principalmente en los extremos de masa —donde los errores solían ser mayores—, logrando una precisión que se mantiene en torno al 10-20 % en casi toda la historia cósmica.
Juan Bencort Rijo, investigador del IAC, apunta que "la materia del universo no se compone formando esferas perfectas, sino estructuras irregulares y complejas”. Al integrar esta realidad y otros procesos de colapso gravitacional, GPS+ describe con mayor fidelidad cómo se forman estos halos y, por ende, cómo nacen y evolucionan las galaxias.
Validación y aplicaciones científicas
Para validar el modelo, el equipo lo comparó con Uchuu, un conjunto de simulaciones cosmológicas entre las más extensas y precisas realizadas hasta la fecha.
Estas simulaciones fueron ejecutadas en Fugaku, uno de los superordenadores más potentes, ubicado en Japón, y contaron con la participación del IAA-CSIC. Tomoaki Ishiyama, investigador de la Universidad de Chiba y coautor del estudio, lideró su realización.
José Ruedas, responsable de la base de datos Skies & Universes desarrollada en el IAA-CSIC, destaca que los catálogos de halos generados a partir de Uchuu están disponibles en esta plataforma. Estas simulaciones no solo sirvieron para probar el modelo, sino también para optimizar las herramientas empleadas en la interpretación de observaciones astronómicas actuales.
Las nuevas predicciones serán clave para analizar con precisión los datos recogidos por telescopios como el James Webb Space Telescope, que observa galaxias formadas en las primeras etapas del universo, o proyectos como DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), que busca mapear la distribución a gran escala de la materia y estudiar la naturaleza de la energía oscura.
Con un rol fundamental en el desarrollo tecnológico y científico de DESI, el IAA-CSIC destaca que obtener un censo más preciso de los halos de materia oscura es esencial para conectar observaciones con modelos teóricos y confirmar si la descripción actual del universo, incluida la materia y energía oscura, concuerda con los datos disponibles.
El modelo GPS+ ya está disponible para la comunidad científica internacional, facilitando su incorporación en futuros estudios y simulaciones cosmológicas.