Resuelto el misterio de la «Vía Láctea» hecha de materia oscura

By 13/10/2020 Portal

¿De dónde venimos? ¿Cómo se formó el universo? Una forma de responder a estas grandes preguntas es estudiar cómo se formaron las galaxias, como la Vía Láctea, que pueblan el espacio en números de miles de millones. Después de muchas décadas de observaciones y teorías, se considera que una masa invisible y desconocida, conocida como materia oscura, actuó como una especie de semilla para las galaxias. Esta masa creó «pozos de gravedad», con aspecto de filamentos, donde el gas procedente del Big Bang se concentró y permitió la formación de estrellas, galaxias y agujeros negros. Por tanto, sin esa materia oscura la materia estaría dispersa, de forma homogénea en todas direcciones, y no habría estrellas, planetas, ni nada de lo que encontramos en su superficie..

Esta idea de que la materia oscura es una auténtica semilla cosmológica tiene muchos flecos y genera muchas preguntas (quizás la más importante es de qué está hecha esta materia oscura). Por eso, los científicos buscan galaxias y fenómenos que no encajen con lo esperado para hacer avanzar el conocimiento. Es en este contexto como en 2016 un grupo de astrónomos afirmó haber encontrado una pequeña galaxia, de nombre Dragonfly 44 (DF44), situada a 330 millones de años luz y caracterizada por tener una cantidad desproporcionada de materia oscura. Mientras que otras galaxias similares tienen un gramo de materia visible (gas, polvo y estrellas) por cada 200 o 300 gramos de materia oscura, ésta tenía, según el equipo dirigido por Pieter van Dokkum, 1 gramo por cada 10.000 gramos de materia oscura. Nacía así la galaxia hecha en un 99,99% de materia oscura.

Esta semana, un equipo internacional de astrónomos, liderado por el Instituto Astronómico Kapteyn de la Universidad de Groninga (Países Bajos), con la participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL), ha publicado un artículo que ha descartado que Dragonfly 44 tenga tanta materia oscura, en un artículo que se ha publicado en la revista «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» (MNRAS). Al mismo tiempo, investigadores de la universidad de Harvard (EE.UU.) también han llegado a la misma conclusión por medio de otras medidas.

El misterio de la galaxia de materia oscura
«Desde 2015, Dragonfly 44 le ha traído de cabeza a unos cuantos», ha explicado a ABC Ignacio Trujillo, investigador del IAC y coautor del artículo. «Para sorpresa de sus descubridores (dirigidos por Pieter van Dokkum), Dragonfly 44 es una galaxia con muy pocas estrellas y bajo brillo, pero muy extensa, tanto como la Vía Láctea», ha continuado.

Imagen de Dragonfly 44. Varios de sus rasgos sugerían que tiene una cantidad desproporcionada de materia oscura. Nuevas observaciones lo han descartado«Intrigados, los investigadores midieron la velocidad con la que se mueven sus estrellas y el número de cúmulos», ha añadido. «Sus resultados indicaron que tenía mucha materia oscura: tanta como la Vía Láctea, aunque tenga 100 millones de estrellas, y la Vía Láctea al menos cien mil millones».

Los distintos tipos de galaxias
En el «espacio», ahí arriba, hay galaxias de muchas formas: espirales (como la Vía Láctea), elípticas o irregulares. Además, hay galaxias de varios tamaños: algunas inmensas, de nuevo, como nuestra galaxia, y una gran mayoría de galaxias pequeñas. Además, también hay galaxias ultradifusas, en las que parece que las estrellas están más dispersas de lo habitual, como Dragonfly 44.

Pues bien, cada uno de estos tipos de galaxia suele tener una proporción más o menos comparable de materia oscura frente a materia visible, lo que encaja con la idea de que la materia oscura es la «semilla» que permite la formación de las galaxias y las estrellas. Por ejemplo, la Vía Láctea tiene un gramo de materia visible (gas, polvo o estrellas) por cada 10 gramos de materia oscura, mientras que las galaxias enanas pueden tener un gramo cada 200 o 300 de materia oscura.

Tipos de galaxias según la clasificación de HubbleLa conclusiones del equipo de Pieter van Dokkum sugerían en 2016 que Dragonfly 44 era un «bicho raro», porque, a pesar de ser una galaxia enana (y ultradifusa) tenía tanta materia oscura como la Vía Láctea. Por eso, en seguida, surgieron varias preguntas: ¿Por qué una galaxia tan pequeña puede acumular tanta materia oscura, además tener muy pocas estrellas y que estén muy dispersas? ¿Esconde Dragonfly 44 algo fundamental sobre la materia oscura y cómo ésta actúa como semilla para la formación de galaxias?

Estas preguntas son muy interesantes para la ciencia, pero para poder hacerlas hay que plantearse otra antes: ¿Realmente Dragonfly 44 es una galaxia «extraña», con tantísima materia oscura?

El primer paso, comprobar las observaciones
Los astrónomos de la Universidad de Groninga, la Universidad de La Laguna y del IAC revisaron los cálculos hechos por los descubridores de Dragonfly 44, y se fijaron en un dato que se consideró en 2016 como prueba de que ésta tiene mucha materia oscura: el alto número de cúmulos globulares.

Estos cúmulos son esferas donde se concentran altas cantidades de estrellas, y que se forman cuando grandes masas de gas colisionan. Lo interesante es que el número de cúmulos de una galaxia suele ser proporcional a la cantidad de materia oscura que tienen.

El cúmulo globular Messier 80, a 30.000 años luz del Sol y con cientos de miles de estrellas

NASA, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA
En 2016 se concluyó que Dragonfly 44 tiene alrededor de 80 o 100 cúmulos globulares, cuando las galaxias de este tamaño suelen tener de 20 a 30. Ahora, los autores ha concluido que esta galaxia tiene alrededor de 20 cúmulos. Esto sugiere que Dragonfly 44 no es una galaxia extraña y que, en realidad, no tiene tanta materia oscura: llega a una proporción de un gramo de materia visible por cada 300 gramos de materia oscura, y no uno cada 100.000 como sugirieron los autores en 2016.

Al mismo tiempo, Ákos Bogdán, investigador de la Universidad de Harvard, recientemente publicó un artículo donde también descartaba que Dragonfly 44 tuviera tanta materia oscura, después de buscar la radiación que emitiría si tuviera tantos cúmulos globulares como se afirmó.

Una galaxia no tan extraña
«El hecho de que en nuestro trabajo solo encontremos 20 cúmulos, frente a los 80 que se habían dicho que existían, disminuye de manera drástica la cantidad de materia oscura que se cree que pueda tener la galaxia», ha explicado Ignacio Trujillo.

«Dragonfly 44 ha sido una anomalía todos estos años que no se podía explicar con los modelos de formación de galaxias existentes», ha apuntado en un comunicado Teymoor Saifollahi, investigador del Instituto Astronómico Kapteyn y autor principal del estudio. «Ahora sabemos que los resultados anteriores eran incorrectos y que DF44 no es extraordinaria. Es hora de seguir adelante».

«Nuestro trabajo muestra que esta galaxia no es tan singular ni insólita. De esta forma el modelo de formación de galaxias es capaz de explicarla sin necesidad de modificarse», ha señalado Michael A. Beasley, también investigador del IAC y coautor del artículo.

¿Por qué es difícil estudiar a Dragonfly 44?
Para comprender por qué ha habido tantas discrepacias hay que entender que las galaxias ultradifusas son muy poco brillantes (de 10 a 100 veces menos brillantes que el cielo más oscuro posible en la Tierra), por lo que requieren instrumentos muy potentes y no son muy bien conocidas. Además, para medir el número de cúmulos globulares que tienen, esenciales para estimar su cantidad de materia oscura, hay que poder distinguirlos de las propias estrellas de la Vía Láctea, que se interponen entre ellos y nosotros.

Esto se logra por medio de probabilidad y no se puede averiguar con exactitud, de ahí que en 2016 y ahora los científicos haya obtenido cálculos tan distintos para el número de cúmulos globulares de Dragonfly 44.

El problema de la materia oscura sigue estando en el aire. La evidencia fundamental que indica que ahí fuera hay algo invisible que genera gravedad es que las estrellas y las galaxias se mueven mucho más rápido de lo que deberían hacer, si solo experimentasen el tirón de la materia visible, hecha de estrellas, gas y polvo.