Los astrónomos descubren una extraña galaxia sin materia oscura

Hace tres años, Filippo Fraternali y sus colegas detectaron media docena de galaxias misteriosamente difusas, que parecían extensas ciudades de estrellas y gas. Pero, a diferencia de casi todas las galaxias que se han visto -incluida nuestra propia Vía Láctea-, no parecían estar envueltas en enormes masas de materia oscura materia, que normalmente mantendría unidas esas metrópolis estelares con su gravedad. Los científicos eligieron una galaxia de tamaño modesto, a unos 250.000 años luz de distancia, y la apuntaron con las 27 antenas del radiotelescopio Very Large Array de Nuevo México.

Tras recopilar 40 horas de datos, trazaron un mapa de las estrellas y el gas y confirmaron lo que las anteriores instantáneas habían insinuado: “El contenido de materia oscura que deducimos en esta galaxia es mucho, mucho más pequeño de lo que cabría esperar”, afirma Fraternali, astrónomo del Instituto Astronómico Kapteyn de la Universidad de Groningen, en los Países Bajos. Si el equipo o sus competidores encuentran otras galaxias de este tipo, eso podría suponer un reto para la visión de la materia oscura de los científicos, la perspectiva dominante en el campo durante al menos 20 años. Fraternali y su equipo publicaron sus hallazgos en diciembre en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Esas otras galaxias vivían en un entorno abarrotado, en el que galaxias vecinas más grandes pasan con frecuencia, posiblemente arrastrando materia oscura con ellas. En cambio, la galaxia de Fraternali está bastante aislada, sin esos molestos vecinos, por lo que su escasez de materia oscura no puede explicarse de esa manera. “Podría ser muy significativo”, dice van Dokkum. “¿Cómo se reúnen las estrellas y el gas en ese lugar sin la ayuda de la materia oscura?”.

Estos extraños objetos han llegado a llamarse “galaxias ultradifusas”. Son extremos atípicos: en términos de su masa, son minúsculos, pero se extienden a lo largo de vastas distancias. Algunas son tan grandes como la Vía Láctea, pero con sólo una centésima parte de estrellas, o incluso menos. Están tan cerca de ser transparentes que son difíciles de espiar en el cielo nocturno. “Son ligeramente más débiles en el centro, por lo que son difíciles de detectar. Ahora, con mejores telescopios y observaciones más profundas, se han hecho más conocidas”, dice Mireia Montes, astrónoma del Space Telescope Science Institute de Baltimore y experta en este tipo de galaxias.

A partir de la década de 1960, la astrónoma estadounidense Vera Rubin y otros revelaron por primera vez la probable existencia de materia invisible u “oscura” al medir la velocidad con la que las estrellas de las galaxias giran alrededor del centro, mostrando que las estrellas interiores orbitan a velocidades diferentes que las exteriores. Basándose en la rotación de esas estrellas, los científicos calcularon cuánta masa debe tener la galaxia para mantenerlas constantemente en órbita, en lugar de lanzarlas al espacio. En muchas galaxias, esa masa era muchas veces mayor que la de todas las estrellas sumadas. Los científicos resolvieron el problema deduciendo la presencia de algún tipo de materia oscura, que no emite ni refleja la luz y que debe estar constituyendo el resto de la masa que mantiene unida la galaxia.

Pero las mediciones de Fraternali y su equipo muestran que, para su galaxia extremadamente difusa, no hay necesidad de invocar la materia oscura. Las velocidades de rotación que miden coinciden totalmente con la masa de las estrellas y las nubes de gas que observaron, sin que sea necesaria ninguna masa adicional que no se pueda ver. Montes y su grupo de investigación pretenden estudiar estas galaxias, incluso en su periferia, con más detalle por si hay materia perdida que Fraternali no haya detectado. Pero, al menos por ahora, esta galaxia fantasma sigue siendo un enigma.

Fraternali señala que su galaxia, conocida como AGC 114905, tiene un gran factor X: está inclinada. Algunas galaxias tienen forma de platillo volante, y si los telescopios de la Tierra pueden verlas de canto, eso facilita su observación a los astrónomos. Los telescopios pueden ver las estrellas en órbita de un lado del disco galáctico moviéndose hacia nosotros y las del otro lado orbitando lejos de nosotros. Si los investigadores pueden medir la velocidad de esas estrellas, pueden estimar la masa de la galaxia y averiguar si una parte del total debe estar compuesta por materia oscura. Pero Fraternali calcula que AGC 114905 está inclinada algo más de 30 grados, por lo que los astrónomos tienen que corregir sus mediciones de masa para tener en cuenta esa inclinación. Si se equivocan en ese grado de inclinación, sus mediciones podrían dejar mucho espacio para la materia oscura.

Pero suponiendo que el equipo esté en lo cierto, aún no está claro qué tipo de excepción puede ser su galaxia. ¿Es un objeto cósmico realmente extraño que nadie entiende? ¿O es un presagio de problemas mayores para las teorías de la materia oscura?

Hasta ahora, AGC 114905 no encaja en ninguna de las explicaciones propuestas para el origen de las galaxias ultradifusas. Algunos astrónomos especulan con que una galaxia con tan poca materia oscura podría ser el remanente de un par de galaxias más grandes que tiraron la una de la otra con su atracción gravitacional durante un acercamiento, dejando una mancha hinchada de estrellas y gas a su paso. Pero no hay ninguna galaxia gigante al lado, así que eso no lo explica, dice van Dokkum.

Otra teoría es que podría ser el remanente de explosiones estelares pasadas. Todas las estrellas acaban muriendo, y algunas se apagan con una explosión, convirtiéndose en supernovas. Con el tiempo, las supernovas podrían dispersar partes de una galaxia, expulsando materia, incluyendo nubes de gas. Pero ese no es el caso de AGC 114905, dice Fraternali, ya que todavía está llena de mucho gas, que sirve como material de construcción y combustible para nuevas estrellas. Y si la galaxia solía estar mucho más concentrada hace eones, cabría esperar que hoy quedaran muchos cúmulos compactos de estrellas, indicadores de un pasado más denso. Pero la galaxia carece de muchos cúmulos de este tipo, dice van Dokkum.

De hecho, AGC 114905 no parece encajar en ningún modelo que incluya materia oscura. Durante décadas, científicos como Laura Sales, astrofísica de la Universidad de California en Riverside, han simulado el cosmos en potentes ordenadores, tratando de mostrar cómo los modelos de materia oscura pueden reproducir las innumerables galaxias que los astrónomos detectan con sus telescopios. “Rápidamente miramos en nuestras simulaciones, y no tenemos algo como esta galaxia”, dice.

En cambio, la galaxia de Fraternali y otras similares podrían señalar la necesidad de alternativas a la materia oscura. Cuando los científicos deducen la presencia de materia oculta al acecho, están haciendo suposiciones sobre el funcionamiento de la gravedad. Pero, ¿y si la gravedad funciona de forma diferente a lo que pensaban?

En su trabajo, Fraternali y sus colegas pusieron a prueba una de las principales alternativas a la materia oscura, llamada MOND (Modified Newtonian Dynamics), que consiste en modificar la ley de la gravedad de Isaac Newton. Propuesto por primera vez por el físico israelí Mordehai Milgrom en la década de 1980, MOND plantea la hipótesis de que la física gravitacional estándar, que explica con precisión los movimientos de los objetos con altas aceleraciones gravitacionales, como los planetas de nuestro Sistema Solar, podría no aplicarse de la misma manera a las estrellas que orbitan lentamente en el borde del disco de una galaxia. Así que la discrepancia entre las velocidades esperadas de las estrellas en las galaxias y la rapidez con la que parecen moverse podría no indicar que falta masa, sino un error matemático, si la ley gravitacional MOND es correcta. Pero aunque el modelo MOND se comporta bien con galaxias más normales, tampoco pudo explicar la rotación de la galaxia esponjosa del equipo de Fraternali. Le fue tan mal como a los modelos de materia oscura.

Es demasiado pronto para decir si AGC 114905 indica un problema con las teorías de la materia oscura, dice Sales. Por ahora, Fraternali y otros seguirán examinando estas galaxias enigmáticas y anteriormente pasadas por alto, incluso con el recién lanzado James Webb Space Telescope, con la esperanza de resolver este enigma. “No es que estemos sondeando el borde del universo, o tratando de ver un pequeño planeta junto a una estrella. Es realmente factible con las herramientas que tenemos”, afirma van Dokkum. “Para mí, eso lo hace emocionante”.

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Laura Andrade

Laura Andrade

Laura Andrade es una periodista freelance especializada en la investigación de la electrónica de consumo, especialmente de smartphones, tabletas y ordenadores. Actualmente participa en varios proyectos en los que se ha encargado de escribir sobre lanzamientos de nuevos productos digitales, aplicaciones, sitios y servicios para publicaciones impresas o en línea. Está constantemente estudiando las últimas tecnologías para estar siempre al día.

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