La materia oscura es invisible, pero su atracción mantiene unidas a las galaxias, impidiendo que se desintegren. Durante mucho tiempo se pensó que las partículas de materia oscura se atraviesan unas a otras sin notarse. Sin embargo, en las galaxias pequeñas, la densidad de materia oscura en el centro resulta ser menor de lo que predicen los cálculos. Como si las partículas invisibles a veces chocaran y se empujaran entre sí, como bolas de billar.
Un grupo de científicos ha incorporado estas colisiones al programa informático OpenGadget3, que simula el nacimiento y crecimiento de las galaxias. Ahora el programa puede calcular cómo las partículas de materia oscura rebotan entre sí al acercarse. Se puede ajustar cuánto se dispersan y en qué direcciones salen disparadas tras el impacto. Es como ajustar la elasticidad de bolas de billar invisibles.
Los autores comprobaron la precisión con varios problemas de soluciones conocidas. Los resultados coincidieron con lo esperado, y la velocidad de cálculo resultó alta incluso con un gran número de partículas. Quedan preguntas sin resolver: por ejemplo, cómo modelar colisiones en las que las partículas no solo rebotan, sino que se fusionan o intercambian energía de otra manera.
Ahora cualquier investigador puede descargar el programa y poner a prueba sus hipótesis sobre la materia oscura. Quizás estas colisiones expliquen los misterios de las galaxias pequeñas y nos acerquen a comprender de qué está hecho una cuarta parte del universo.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.10107
Dark matter (DM) could be subject to non-gravitational self-interactions which is relevant to resolve potential problems of cold DM on small scales. Their impact on astrophysical objects such as galaxies and galaxy clusters allows for constraining the strength of this scattering and eventually further properties of the cross-section. To model self-interacting dark matter (SIDM), N-body simulations are a crucial tool widely employed by the SIDM community. In this paper, we describe the SIDM implementation in the cosmological hydrodynamical N-body code OpenGadget3 and release it to the public. It is capable of simulating elastic scattering for various differential cross-sections, including strongly anisotropic cross-sections. Beyond single-species models, the code also allows simulating a two-species model with cross-species interactions. In addition to describing the numerical schemes for modelling various flavours of SIDM, we discuss the technical challenges of implementing them. Moreover, we demonstrate through several test problems that OpenGadget3 can accurately simulate DM self-interactions. Furthermore, we assess the performance of the code and provide scaling tests. Lastly, we highlight remaining challenges in the context of SIDM and describe directions for improving the current state of the art.
La materia oscura en el universo es aproximadamente cinco veces más abundante que la materia ordinaria, de la que están hechas las estrellas, los planetas y nosotros mismos.