Área de investigación de Astrofísica y Cosmología

El colapso gravitatorio de un fragmento de nube molecular da lugar a la formación de una estrella y va acompañado de la formación de un disco. Es en este disco, formado inicialmente por gas y pequeños granos de polvo, donde se espera que se formen los planetas. Los discos protoplanetarios se estudian con ayuda de observaciones que van desde los rayos X hasta la región óptica, infrarroja y, por último, milimétrica. A continuación, estas observaciones se confrontan con modelos estelares y de disco, y se buscan indicios de la presencia de planetas en los discos alrededor de estas jóvenes estrellas.

El estudio de la formación de estructuras  galácticas es uno de los campos de investigación de la cosmología con mayor desarrollo. Se estudia investigan las galaxias tanto desde un punto de vista teórico (es decir, de modelización a traves de simulaciones numéericas) como a través de observaciones. Tambien Los estudios también se centran en la formación de las primeras galaxias en el Universo primitivo así como su evolución hasta las galaxias que podemos observarobservamos hoy en día.

La estructura a gran escala del Universo se refiere a la vasta disposición en forma de red de galaxias, cúmulos de galaxias y vacíos cósmicos a escalas de cientos de millones de años luz. Esta estructura se describe a menudo como una «red cósmica», formada por densos filamentos donde se concentran galaxias y cúmulos, vastos vacíos y supercúmulos masivos que forman redes interconectadas. Mediante simulaciones por ordenador de alto rendimiento estamos estudiando su conexión e influencia en la formación y evolución de las galaxias, utilizándolas también como discriminador de varios modelos cosmológicos alternativos.

Los cúmulos de galaxias son las estructuras  más grandes del Universo ligadas gravitacionalmente  y están formados por cientos o miles de galaxias, gas caliente y materia oscura. Los cúmulos crecen en el tiempo a través de fusiones y acreción de grupos más pequeños de galaxias, desempeñando un papel crucial en la comprensión de la materia oscura, la evolución cósmica y la formación de estructuras cósmicas a gran escala. Estudiamos estos "laboratorios cósmicos" mediante simulaciones numéricas y observaciones con telescopios espaciales y terrestres en un amplio rango de longitudes de onda, desde radio a rayos x.

El Grupo Local es un conjunto de galaxias que incluye la Vía Láctea, la Galaxia de Andrómeda (M31), la Galaxia del Triángulo (M33) y numerosas galaxias enanas. Las observaciones de este grupo ofrecen los conocimientos más precisos sobre la formación de galaxias dentro de un marco cosmológico, pero también presentan una variedad de fenómenos que siguen sin tener explicación en los modelos teóricos actuales.

La cosmología ha entrado en una era de precisión en la que los grandes cartografiados de galaxias, como DESI y Euclid, están aportando datos cruciales sobre la naturaleza de la energía oscura y ayudan a comprender mejor la expansión del Universo. Estas campañas de observación deben complementarse con simulaciones cosmológicas y catálogos de galaxias virtuales, creados como parte de nuestros esfuerzos en el DFT.

Además de este trabajo acerca de la estructura a gran escala del Universo, miembros del DFT investigan las propiedades de los halos y subhalos de materia oscura de baja masa y sin contenido bariónico, escalas que permiten poner a prueba el modelo cosmológico subyacente.

Gran parte de nuestra investigación se basa en simulaciones numéricas avanzadas que abarcan una amplia gama de temas, desde la modelización de la formación de planetas y galaxias a lo largo del tiempo cósmico hasta el estudio de la estructura a gran escala del Universo. Para ello, utilizamos y desarrollamos continuamente software de última generación diseñado para ser utilizado en las supercomputadoras más potentes del mundo. Estas simulaciones nos permiten probar modelos teóricos, analizar procesos astrofísicos complejos y profundizar en los mecanismos fundamentales que dan forma al Universo. Así mismo, hacemos uso de las últimas  técnicas de inteligencia artificial para el análisis de datos observacionales, utilizando los resultados de nuestras simulaciones numéricas como  entrenamiento  de los diferentes algoritmos de aprendizaje automático.

La astrofísica de altas energías (>MeV) permite estudiar los fenómenos más violentos y extremos en el Universo; aquellos que no están ligados a procesos térmicos (púlsares, supernovas, nucleos de galaxias activas, aniquilaciones de materia oscura…). Nuestra investigación en este campo y, más en general, en astropartículas, se centra fundamentalmente en la búsqueda de señales de materia oscura con telescopios de rayos gamma y detectores de partículas cargadas, tanto actuales como futuros. También estudiamos en detalle la generación y propagación de los rayos cósmicos en su viaje a la Tierra, tanto en entornos galácticos como en cúmulos de galaxias, y modelamos emisiones difusas galácticas y extragalácticas. Miembros del departamento forman parte de las colaboraciones internacionales Fermi LAT (telescopio de rayos gamma más sensible en el rango MeV-TeV) y CTAO (futuro telescopio de rayos gamma en el rango GeV-subPeV).