Así como las ondas en un estanque indican que alguien ha arrojado una piedra, ha hecho funcionar un medidor de agua o ha saltado una rana, la existencia de una sustancia misteriosa, la materia oscura, está determinada por su gran influencia en el espacio. Los astrónomos no pueden observarlo directamente, pero la gravedad de la materia oscura determina el nacimiento, la forma y el movimiento de las galaxias. Esto hace que el descubrimiento del año pasado sea completamente inesperado: en una galaxia extraña y difusa, no se encontró materia oscura en absoluto. ¿Crees que eso es todo? No importa como sea.
Galaxias sin materia oscura
Varios estudiosos acogieron con satisfacción este descubrimiento. Otros han expresado sus dudas al criticar la medición de las distancias y el movimiento de la galaxia. Hay mucho en juego: si de hecho hay una falta de materia oscura en esta galaxia, paradójicamente confirmará la existencia de esta materia.
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Y así, el equipo original ha adquirido evidencia adicional para respaldar su descubrimiento original. Además, se ha descubierto una segunda galaxia con síntomas similares. Donde solía haber una galaxia ultradifusa libre de materia oscura (a primera vista), ahora hay dos.
"Un objeto siempre se puede descartar como un unicornio, pero tan pronto como encuentras dos unicornios, empiezas a preguntarte sobre la posible existencia de unicornios", dice Michael Boylan-Kolchin, astrónomo de la Universidad de Texas en Austin, que no participó en el estudio. "Y luego empiezas a pensar de dónde vienen, cuáles son sus propiedades y qué tan comunes son".
Encontrar unicornios
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Las dos galaxias que nos interesan son muy tenues y están lejos de la Tierra: los fotones de sus cúmulos estelares comenzaron a viajar hacia nuestro planeta en los últimos días del reinado de los dinosaurios, hace unos 65 millones de años. La primera galaxia NGC 1052-DF2 es del tamaño de la Vía Láctea, pero contiene 100 veces menos estrellas. La nueva galaxia NGC 1052-DF4 está ubicada en la misma región del cielo y tiene aproximadamente el mismo tamaño y masa.
En marzo del año pasado, científicos liderados por Shani Danieli y Peter van Dokkum de la Universidad de Yale publicaron un estudio que estimó el tamaño de NGC 1052-DF2 observando su luz estelar, así como los movimientos de los cúmulos estelares que la rodean. Si NGC 1052-DF2 contuviera tanta materia oscura como los astrónomos generalmente esperan de ella, la materia oscura aumentaría las velocidades orbitales de estos fenómenos estelares. Pero se mueven con lentitud, lo que sugiere que no hay materia oscura. Los críticos argumentan que las velocidades de estos cúmulos de estrellas se calcularon mal, e incluso si fueran correctas, el tamaño de la muestra de solo 10 cúmulos de estrellas era demasiado modesto para determinar de manera confiable el stock de materia oscura de NGC 1052-DF2.
En octubre, Danieli decidió abordar este problema utilizando una técnica diferente. Tomó el Keck Cosmic Web Imager, un nuevo instrumento instalado recientemente detrás del espejo principal gigante de 10 metros del telescopio Keck en Hawai. Este instrumento puede medir la luz de objetos muy débiles con una resolución extremadamente alta, lo que lo hace ideal para estudiar galaxias ultradifusas como NGC 1052-DF2. Esta herramienta era tan buena que Danieli ya no tuvo que estudiar los movimientos del cúmulo de estrellas para determinar la masa de la galaxia. En cambio, podría obtener masa directamente, utilizando directamente la luz de las estrellas de la galaxia.
En términos de información, la luz de las estrellas contiene mucha de ella. Al dividir la luz en los colores que la constituyen (esto se llama espectroscopia), los científicos pueden determinar la composición de una estrella, su edad, dirección en el espacio y velocidad. La mayor parte de esta información se transmite en forma de líneas espectrales, elementos lineales incrustados en el espectro de una estrella debido a la emisión o absorción de varios elementos químicos. El instrumento de Keck midió el espectro de aproximadamente 10 millones de estrellas en la galaxia DF2. El tamaño de la extensión entre las estrellas más rápidas y más lentas de la galaxia da una idea de cuánta materia interactúa con ellas. Cuanta más materia, oscura o de otro tipo, mayor es la dispersión en las velocidades de las estrellas.
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“Para nuestra propia sorpresa, medimos líneas espectrales extremadamente estrechas que dejan muy poco espacio para más masa que la masa que las estrellas traen a la galaxia”, dice Danieli. Simplemente no hay lugar para la materia oscura.
Mientras tanto, Erik Emsellem del Observatorio Europeo Austral y sus colegas han estado explorando la galaxia con el Very Large Telescope en el desierto de Atacama en Chile. También descubrieron una dispersión a baja velocidad que respalda el escenario de materia oscura que falta.
Nicholas Martin, astrónomo de la Universidad de Estrasburgo en Francia, fue uno de los críticos del artículo original. En un artículo de seguimiento publicado el año pasado, argumentó que es demasiado difícil estimar la masa de la galaxia DF2 basándose en los movimientos del cúmulo de estrellas circundante. Pero Martin dice que los últimos resultados de Danieli y Emsell lo han tranquilizado.
“Esto ha sido posible gracias a nuevos instrumentos que han llegado a los telescopios más grandes del planeta. Y, para ser honesto, hace un año no era obvio para mí que esto fuera factible. Hace un año no estaba listo para decir que este sistema sería necesariamente extraño, porque me parecía que las mediciones no estaban totalmente respaldadas por los datos. Pero ahora que hay dos equipos diferentes que han medido el rango de velocidad de las estrellas, creo que se ha vuelto obvio que hay una rareza.
Los hallazgos de Danieli se presentaron en una conferencia sobre materia oscura en la Universidad de Princeton y se publicarán en Astrophysical Journal Letters.
En general, su investigación sugiere que existe toda una clase de galaxias pobres en materia oscura.
En busca de la materia perdida
Algunos astrónomos se están devanando los sesos sobre cómo podrían formarse tales galaxias y adónde fue la materia oscura. Boylan-Kolchin dice que una posibilidad es la atracción gravitacional de una galaxia vecina mucho más grande, separada de la materia oscura. O puede que DF2 y DF4 no sean galaxias en absoluto, sino modestas colecciones de estrellas disfrazadas de galaxias; en este caso, estos grupos aislados de estrellas podrían formarse a partir de la colisión de chorros de gas que se escapan en otros lugares. O puede haber escenarios aún más aburridos, por ejemplo, la orientación de las galaxias con respecto a la Tierra, lo que incide negativamente en la obtención de medidas espectrales precisas de sus movimientos.
Una cosa es segura: si no surgen dudas importantes, la ausencia de materia oscura en las galaxias demostrará de manera convincente que esta materia es separable de las estrellas, el gas, el polvo y otras materias ordinarias. Y eso, a su vez, fortalecerá el argumento de la existencia de materia oscura.
Hasta la fecha, nadie ha descubierto definitivamente la materia oscura, a pesar de décadas de intensa investigación. La falta de evidencia ha llevado a algunos astrofísicos a buscar formas alternativas de esculpir galaxias y controlar su movimiento a través del surgimiento de hipótesis como "gravedad emergente" y "dinámica newtoniana modificada". Los defensores de estas hipótesis argumentan que la mayoría de los astrónomos creen que la materia oscura puede ser un fenómeno que surge de la física que no entendemos completamente. Pero en este caso, estas extrañas galaxias hablarán a favor del hecho de que las alternativas están equivocadas y que la materia oscura puede ser la causa.
Ilya Khel
