Los astrónomos han detectado una galaxia tan tenue que es casi invisible, un descubrimiento que podría ayudar a a arrojar luz sobre una de las sustancias más esquivas del universo.
Los investigadores encontraron la Candidata a Galaxia Oscura-2, o CDG-2, utilizando el Telescopio Espacial Hubble, y creen que está compuesta de al menos un 99.9% de materia oscura. Si su hallazgo es respaldado por más observaciones, CDG-2 sería una de las galaxias con mayor proporción de materia oscura jamás encontradas.
La materia oscura domina el universo. Es cinco veces más abundante que la materia normal —de la que están hechas todas las estrellas, planetas y todo lo demás que podemos ver—, pero es invisible y nunca ha sido observada de manera directa.
Sin embargo, su presencia puede inferirse debido a sus efectos gravitacionales sobre la materia normal, ya que la materia oscura es el pegamento que mantiene unido al universo.
La mayoría de las galaxias, incluida la nuestra, están dominadas por la materia oscura. Pero, en algunos casos, la proporción de materia oscura con respecto a la materia normal es tan extrema que una galaxia queda con solo unas pocas estrellas dispersas, haciendo que se vea muy tenue. Los astrónomos llaman a estos cuerpos “galaxias de bajo brillo superficial” y han observado miles de ellas desde que se descubrió la primera en la década de 1980.
CDG-2, que está a unos 300 millones de años luz de la Tierra, parece ser tan rica en materia oscura que podría pertenecer a un subconjunto hipotético de galaxias de bajo brillo superficial llamadas “galaxias oscuras” que se cree contienen pocas o ninguna estrella. “Las galaxias de bajo brillo superficial son muy tenues, pero aún así emiten algo de luz” dijo Dayi Li, investigador postdoctoral en estadística y astrofísica en la Universidad de Toronto y autor principal de un estudio sobre el descubrimiento, publicado en The Astrophysical Journal Letters. “Pero una galaxia oscura está justo en el extremo de ese espectro, donde básicamente no hay ningún tipo de luz tenue o estructura que esperarías de una galaxia típica”.
No hay una definición estricta de galaxias oscuras, explicó Li, pero su existencia aparece en las teorías de materia oscura y las simulaciones cosmológicas. “Dónde exactamente trazamos la línea en cuanto a cuántas estrellas deberían tener aún es ambiguo, porque no todo en astronomía es tan claro como nos gustaría” dijo. “Para ser técnicamente correctos, CDG-2 es una galaxia casi oscura. Pero la importancia de CDG-2 es que nos acerca mucho más a alcanzar ese régimen verdaderamente oscuro, cuando antes no creíamos que una galaxia tan tenue pudiera existir”.
Para observar CDG-2, los investigadores utilizaron datos de tres telescopios —Hubble, el observatorio espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea y el Telescopio Subaru en Hawai— junto con un enfoque novedoso que consistió en buscar objetos llamados cúmulos globulares. “Estos son grupos muy compactos y esféricos de estrellas muy antiguas, básicamente los restos de la primera generación de formación estelar”, dijo Li.
Los cúmulos globulares son brillantes incluso si la galaxia circundante no lo es, y observaciones anteriores han mostrado una relación entre ellos y la presencia de materia oscura en una galaxia, añadió Li. Dado que CDG-2 parece tener muy pocas estrellas, debe haber algo más que proporcione la masa que los cúmulos necesitan para mantenerse unidos. Li y sus colegas asumen que la fuente de esa masa es la materia oscura.
Los investigadores encontraron un conjunto de cuatro cúmulos globulares en el Cúmulo de Perseo, un grupo de miles de galaxias inmersas en una nube de gas y uno de los objetos más grandes del universo. Observaciones adicionales revelaron un resplandor o halo alrededor de los cúmulos globulares, lo que sugiere la presencia de una galaxia.
Pero, ¿cómo termina una galaxia con pocas o ninguna estrella y mayormente materia oscura?
Los astrónomos creen, explicó Li, que después de la formación de los cúmulos en las primeras etapas de la existencia de la galaxia, galaxias más grandes a su alrededor le arrebataron el gas de hidrógeno necesario para formar más estrellas individuales como nuestro sol. “El material que esta galaxia necesitaba para continuar formando estrellas ya no estaba allí, así que quedó básicamente solo con un halo de materia oscura y los cuatro cúmulos globulares”. El proceso, añadió, dejaría atrás un esqueleto o fantasma de “una galaxia que práctica y simplemente fracasó”.
Como resultado de este mecanismo de formación, la galaxia solo tiene el 0.005% del brillo de nuestra propia galaxia, dijo Li. “En términos de luz estelar, es aproximadamente seis millones de veces más brillante que nuestro sol. El brillo de nuestra propia galaxia es aproximadamente 20.000 millones de veces el brillo del sol”, señaló.
Buscar cúmulos globulares podría ser “un método completamente nuevo para encontrar estas galaxias potencialmente oscuras”, argumentó Li, añadiendo que deberían existir en abundancia. Sin embargo, se necesitan más observaciones para detallar las propiedades físicas de CDG-2 y confirmar cuánta materia oscura contiene, lo que, según Li, podría lograrse usando el Telescopio Espacial James Webb.
Estudiar galaxias oscuras potenciales es importante porque proporcionan visiones casi prístinas del comportamiento de la materia oscura, según Neal Dalal, investigador en el Perimeter Institute for Theoretical Physics en Waterloo, Ontario, Canadá, quien no participó en el estudio.
“En galaxias grandes con muchas estrellas, como nuestra Vía Láctea, las estrellas y el gas pueden tener un impacto significativo en la distribución de la materia oscura, lo que hace difícil separar los efectos de la materia ordinaria de los efectos de la materia oscura”, escribió en un correo electrónico. Pero en estas galaxias, extremadamente tenues, hay tan pocas estrellas y tan poco gas que el comportamiento de su materia oscura debe estar casi sin afectar por la materia ordinaria, concluyó. “Por lo tanto, obtenemos una sonda mucho más limpia de la física de la materia oscura”.
Una de las cosas más interesantes de esta galaxia es la forma en que se encontró, utilizando cúmulos globulares, dijo Robert Minchin, astrónomo del National Radio Astronomy Observatory en Socorro, Nuevo México, por correo electrónico. “Parece extraño, a primera vista, buscar luz de galaxias oscuras pero, parafraseando a la Princesa Prometida, ‘hay una gran diferencia entre mayormente oscuro y completamente oscuro. Mayormente oscuro es ligeramente brillante’”, señaló. Minchin tampoco participó en el trabajo.
La mayoría de los candidatos a galaxias oscuras y casi oscuras, dijo Minchin, han sido identificados utilizando radiotelescopios y buscando gas de hidrógeno, pero esas gestiones pasarán por alto galaxias como CDG-2, donde el gas ha sido eliminado. “Buscar sus cúmulos globulares evita ese problema, y parece probable que otras galaxias muy oscuras aparezcan gracias a este método en el futuro”.
Para confirmar verdaderamente a CDG-2 como una galaxia oscura, necesitamos medir su contenido de materia oscura, lo cual sigue siendo increíblemente problemático dada su distancia, según Yao-Yuan Mao, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de Utah en Salt Lake City.
“Este es un hallazgo muy emocionante”, añadió Mao, quien tampoco formó parte del estudio, en un correo electrónico. “La luz tenue y difusa vista en las imágenes del Hubble de CDG-2 es un fuerte indicio de que estamos viendo un objeto cohesivo, en lugar de una alineación aleatoria de cuatro cúmulos globulares brillantes”.
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