¿Qué es la materia oscura? Es difícil estudiar la naturaleza de algo que no podemos observar. Sospechamos que existe porque numerosos fenómenos astronómicos no podrían explicarse sin la existencia de esta masa que conforma el 85% de toda la materia en el universo. Por ejemplo, las estrellas en las galaxias giran a velocidades tan altas que, si solo existiera materia visible, esas galaxias deberían desintegrarse; sin embargo, permanecen unidas gracias a la gravedad adicional ejercida por una gran cantidad de materia invisible. También se ha detectado la influencia de la materia oscura en la forma en que la luz de objetos lejanos se desvía al pasar cerca de cúmulos de galaxias.
Digo “sospechamos” al inicio de esta nota porque aún no se ha detectado directamente ninguna partícula de materia oscura en laboratorio (algunos investigadores han estado cerca). La materia oscura sigue siendo una hipótesis, aunque a estas alturas ya es una hipótesis ampliamente respaldada por mucha evidencia indirecta. Obvio, para poder detectar materia oscura, hay que entender su naturaleza, saber qué es lo que estamos buscando. ¿Pero cómo averiguar la naturaleza de algo que es invisible? Una idea:quizás hay que observar con mayor esmero justo aquellos lugares donde los científicos saben que no existe.
Un momento, ¿existe semejante cosa? ¿Una galaxia donde no existe la materia oscura? Un estudio encabezado por astrónomos de la Universidad de Yale acaba de informar sobre el descubrimiento de la tercera galaxia con esta notable característica, y lo más asombroso es que está cerca de los primeros dos hallazgos, cuyas propiedades parecen explicarse únicamente por la masa de sus estrellas. ¿Qué está pasando aquí?
Materia oscura ausente
La protagonista de este nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal se llama NGC 1052-DF9 ("DF9" para ser más breve), una galaxia enana situada en las cercanías de la galaxia elíptica NGC 1052, detectada por el observatorio W.M. Keck, en Mauna Kea, Hawái. Su importancia radica en que forma parte de una peculiar alineación de galaxias que ya incluía dos objetos extraordinarios, DF2 y DF4, famosos por haber sido identificados hace unos años como posibles galaxias sin materia oscura.
Muy breve repaso de historia cortesía del observatorio W.M. Keck: “Los astrónomos de Yale han desempeñado un papel fundamental en el descubrimiento de galaxias deficientes en materia oscura desde la primera identificación de DF2 y DF4 [en 2018 y 2019, respectivamente] por el astrónomo Pieter van Dokkum y su equipo, quienes también utilizaron observaciones del observatorio Keck para ayudar a confirmar su naturaleza inusual”.
Estas observaciones fueron realizadas con un instrumento llamado Keck Cosmic Web Imager, o KCWI, el cual analiza la luz emitida en diferentes longitudes de onda para medir la velocidad con la que se mueven las estrellas contenidas en estas galaxias. Al emplear el KCWI para observar lo que ocurría en DF9, los investigadores descubrieron que esta galaxia comparte la misma característica que las otras dos.
Así fue el procedimiento. Los investigadores determinaron la velocidad de las estrellas en DF9. Esa velocidad permite calcular cuánta masa total ejerce gravedad en el sistema. La mayoría de las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea, están inmersas en enormes concentraciones de materia oscura conocidas como halos. En el caso de las galaxias enanas, la contribución de la materia oscura debería ser todavía más dominante que en una galaxia normal. Pero eso no fue lo que encontraron los científicos de Yale. Lo que encontraron fue que la dispersión de velocidades medida fue de apenas 6.5 kilómetros por segundo, un valor compatible con el esperado si la galaxia estuviera compuesta únicamente por sus estrellas. Si DF9 poseyera un halo de materia oscura típico, la dispersión debería rondar los 24 kilómetros por segundo, una diferencia demasiado grande para pasar inadvertida.
“La excepcional precisión del KCWI nos permitió medir la masa extraordinariamente baja de DF9 con la exactitud necesaria para demostrar su falta de materia oscura”, dijo Michael Keim, autor principal del estudio. ¿Qué tan baja? La masa de la galaxia DF9 es de apenas unos 100 millones de masas solares, lo cual coincide plenamente con la materia visible de la galaxia. Si la galaxia contuviera una cantidad típica de materia oscura, su masa sería aproximadamente 100 veces mayor. En suma, la gravedad observable en DF9 parece provenir exclusivamente de la materia ordinaria.
Un collar de galaxias
Ahora bien, vamos a la alineación. DF9 forma parte de una cadena de una docena de galaxias de baja luminosidad que muestran una relación ordenada entre sus posiciones y velocidades, lo que sugiere que todas tuvieron un origen común. DF2 y DF4 ya habían sido identificadas como integrantes de esta estructura, y la ausencia de materia oscura en DF9 fortalece la idea de que todo el conjunto se formó a través de un proceso muy inusual.
Una de las hipótesis más interesantes propone que estas galaxias enanas nacieron tras una colisión a gran velocidad entre galaxias. En ese escenario, el gas habría quedado separado de la materia oscura y posteriormente habría dado origen a nuevas galaxias formadas casi exclusivamente por materia ordinaria. El modelo, conocido como “bullet dwarf”, habría predicho en específico que otras galaxias de esta alineación deberían compartir la misma carencia observada en DF2 y DF4 por Van Dokkum y compañía.
El resultado obtenido para DF9 cumple con esa predicción. “Casi todas las galaxias del universo están dominadas por materia oscura. Pero DF2, DF4 y ahora DF9 parecen ser excepciones extraordinarias”, dijo Keim en un comunicado. “Estos hallazgos proporcionan algunas de las pruebas más claras hasta la fecha de que estas galaxias se formaron juntas en un evento violento que separó la materia ordinaria de la materia oscura”.
Los autores señalan que, independientemente del mecanismo exacto que haya producido estas galaxias, la existencia de tres objetos con características tan similares apunta a un canal de formación excepcional. El problema es que aún no tenemos la tecnología para extender estas mediciones al resto de las galaxias en esta estructura (DF9 se encuentra a 67 millones de años luz de la Tierra). Muchas son hasta 100 veces más débiles y sus movimiento internos son extremadamente pequeños, lo que las convierte en objetivos muy complicados para los telescopios actuales.
Sacado de Wired
