Caçadors de matèria fosca: la Universitat de València descobrix un nou mètode per a observar la matèria invisible de l'Univers

El grup d'investigació en Cosmologia Computacional del Departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València acaba d'aportar noves pistes per a l'observació i quantificació de la matèria fosca en l'Univers. El treball estableix les bases teòriques per a la cerca d'un nou efecte observacional: la relació entre la intensitat dels xocs d'acreció i la quantitat de matèria fosca. La idea proposada suposa, segons l'article publicat per aquest equip científic en Nature Astronomy, una nova restricció al model cosmològic actual.

La matèria fosca és una peça clau del model cosmològic per a la comprensió de l'Univers. Dins del paradigma actualment acceptat, la naturalesa física del 85% de la matèria de l'Univers és un misteri, ja que no és possible veure-la ni detectar-la de manera directa. Per això es denomina ‘matèria fosca’. Entretant, els mètodes indirectes de detecció vigents presenten importants incerteses. Ara com ara, la matèria fosca s'identifica a partir de la força gravitatòria que aquesta exerceix sobre la matèria ordinària, que s'observa i es mesura mitjançant l'ús de telescopis i altres eines de l'astrofísica.

El mètode proposat per l'equip de la Universitat de València (UV) part de l'anàlisi d'una simulació computacional que abasta gran volum de l'Univers, incloent-hi els cúmuls de galàxies i les gegantesques ones de xoc produïdes durant la seua formació, és a dir, els anomenats ‘xocs d'acreció’. Concretament, el treball demostra que la massa total dels cúmuls, el radi del xoc d'acreció i la intensitat d'aquest es troben estretament relacionats. “Aquestes ones de xoc són conseqüència de la forta desceleració i subsegüent calfament de la matèria ordinària, que aconsegueix velocitats supersòniques a causa de l'acció gravitatòria generada per la matèria fosca”, explica el físic David Vallés Pérez, investigador del programa ‘Atracció de Talent’ de la UV, en el Departament d’Astronomia i Astrofísica, i primer autor de l'article. “El mètode que proposem permetrà mesurar la massa total del cúmul, un 85% de la qual sabem que correspon a matèria fosca”, afig Vallés.

Així, el resultat d'aquest treball obri les portes a l'establiment d'un nou mètode científic, més precís i de confiança, per a l'estudi de la matèria fosca, un factor fonamental per al model cosmològic del Big bang. “Malgrat el repte que suposa mesurar les propietats del gas al voltant de les ones de xoc més externes, algunes dades preliminars permeten esperar que, en els pròxims anys, diferents projectes observacionals en raigs X i ones mil·limètriques aconseguisquen mesurar el radi i la intensitat dels xocs d'acreció per a un gran nombre de cúmuls de galàxies”, comenta Susana Planelles, professora titular del Departament d’Astronomia i Astrofísica, codirectora de l'estudi i cosignatari del paper. “I aquestes mesures directes permetran aplicar el mètode que proposem per a estimar el contingut de matèria fosca dels cúmuls”, afig la investigadora pertanyent al grup de Cosmologia Computacional responsable de la investigació.

Per a desenvolupar aquest estudi, l'equip s'ha servit del supercomputador ‘Lluís Vives’, un sistema híbrid de memòria compartida i distribuïda amb més de deu mil nuclis de càlcul, que forma part de la xarxa de supercomputació de la Universitat de València. “Les simulacions cosmològiques juguen el paper de grans laboratoris virtuals en els quals recrear i estudiar els diferents processos físics que determinen la formació i evolució de l'Univers. En aquest sentit, les simulacions han sigut una eina clau per a l'avanç de la nostra visió del Cosmos”, explica Vicent Quilis, catedràtic d'Astronomia i Astrofísica, responsable del grup de Cosmologia Computacional i cofirmant del treball.

Els resultats d'aquest estudi es desprenen de la tesi doctoral en curs de David Vallés –dirigida per Vicent Quilis i Susana Planelles– i suposaran, segons l'article, una nova restricció al model cosmològic actual, que estima en un 85% la quantitat de matèria fosca de l'Univers. “Esperem que l'aplicació del mètode que descrivim permeta utilitzar tota una nova generació de dades observacionals molt útils per a determinar els components de l'Univers i contribuir, per consegüent, a millorar el model cosmològic que ens ajuda a entendre la formació i evolució del Cosmos”, conclou Vicent Quilis.