Los astrofísicos han ideado una nueva forma de simular un halo galáctico ‘misterioso’ de materia oscura

Los astrofísicos han buscado durante mucho tiempo descubrir la materia oscura, la fuerza escurridiza e invisible que no refleja ni emite luz, pero que es responsable de la enorme cantidad de toda la materia (alrededor del 85 por ciento según algunas estimaciones) en el universo.

Una vía de investigación prometedora es el concepto de «materia oscura difusa», una forma hipotética de materia misteriosa que se supone que está compuesta de partículas escalares muy ligeras.

Se sabe que el tipo de material es difícil de simular debido a sus propiedades únicas. Sin embargo, científicos de la Universidad de Zaragoza en España y del Instituto de Astrofísica en Alemania lo han hecho recientemente. sugerir método Para simular la formación de materia oscura nebulosa A aura galáctica.

Su método, descrito en el artículo en Cartas de revisión físicamejora un algoritmo introducido por el equipo en un estudio anterior.

«El desafío numérico para los estudios que se centran en la materia oscura nebulosa es que sus rasgos característicos, las fluctuaciones de densidad granular en los halos y el colapso de los filamentos, son órdenes de magnitud más pequeños que cualquier caja de simulación cósmica lo suficientemente grande como para capturar con precisión la dinámica de la red cósmica», explicó. Bodo Schwab, uno de los investigadores que realizaron el estudio, para Phys.org.

«Por lo tanto, la gente ha tratado durante años de combinar métodos numéricos eficientes que capturan dinámicas a gran escala con algoritmos que requieren computación pero que pueden desarrollar con precisión estas fluctuaciones de densidad», continuó Schwab.

Descubre el secreto de la materia oscura

Schwabe y su colega, Jens C. Niemeyer, creen que solo el método que han desarrollado actualmente es capaz de realizar con éxito una simulación cósmica de la misteriosa materia oscura. Usando sus algoritmos, dijeron que pudieron simular el colapso de la red del universo en hilos y halos usando lo que se conoce como el «método n-body». El método de n-cuerpos descompone el «campo de densidad inicial» en pequeñas partículas que evolucionan con los efectos de la gravedad.

“El método de n cuerpos es un método muy estable, bien probado y eficiente, pero no captura las fluctuaciones de densidad del campo de materia oscura que interfiere en instrumentos de cuerda y halos”, explicó Schwab. En un pequeño subvolumen de nuestro cuadro de simulación que rastrea el centro de un halo predefinido, cambiamos a un algoritmo diferente, conocido como método de diferencias finitas, que desarrolla directamente la oscuridad difusa de la función de onda del material y, por lo tanto, puede capturar su interferencia. patrones que resultan en fluctuaciones de la densidad del grano.

Schwabe y Niemeyer combinaron tanto el método de n cuerpos como el método de diferencias finitas, los cuales se usan ampliamente pero rara vez se combinan para simulaciones cosmológicas. Esto mejoró las partículas de cuerpo n a un estado de paquetes de ondas coherentes conocidos como «paquetes gaussianos», lo que resultó en una función de onda de materia oscura difusa que les permitió ejecutar sus propias simulaciones. Los investigadores creen que su método ayudará a la comunidad científica mundial a comprender mejor la materia oscura en su conjunto.

Aunque los proyectos de grandes telescopios como el James Webb de la NASA están destinados a ayudar Descubre los secretos de la materia oscura y la energía oscura, aún se necesitarán nuevas formas de simular fuerzas esquivas a gran escala para comprender sus resultados en los próximos años.