Galaxias sin materia oscura

La materia oscura es el principal componente de las galaxias, pero tras más de un año de análisis podríamos ser testigos de un cambio, el descubrimiento de las primeras galaxias sin materia oscura, un desafío a la astrofísica moderna.

  
Dr. Juan Carlos Beamin
Por Dr. Juan Carlos Beamin
Coordinador científico

18 de noviembre 2019

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Imagen de la galaxia NGC1052-DF2, una galaxia de bajo brillo superficial que se extiende ocupando casi un cuarto de esta imagen.
Los números son las fuentes de luz compactas, cúmulos globulares, que se usaron para medir la dispersión de velocidades.
Crédito imagen Van Dokkum 2018

Definir que es una galaxia no es tan fácil como parece, por el momento se considera galaxias a las concentraciones de estrellas, gas y polvo, y por sobre todo materia oscura unido todo por la fuerza de gravedad. De estos ingredientes la clave es la materia oscura, pero ¿Qué es la materia oscura?

Sabemos que está allí porque vemos el movimiento de las estrellas en las galaxias y de las galaxias en los cúmulos de galaxias. Si no existiera la materia oscura, las galaxias y los cúmulos de galaxias se desintegrarían. Podemos pensar como ejemplo en el aire, sabemos que hay viento al ver el movimiento de los árboles pero no podemos ver con nuestros ojos el viento mismo.

 

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Cúmulo de galaxias, en azul se destaca la distribución de materia oscura. Smithsonian Institution. Crédito: Flickr Commons.

La materia oscura es una de las grandes interrogantes de la física del siglo XXI, y por eso cuando un equipo principalmente estadounidense anunció la existencia de una galaxia sin materia oscura en 2018 causó cierto revuelo. El hallazgo de galaxias sin materia oscura podría generar cambios en cómo entendemos el universo entero.

Un equipo de investigadores españoles rebatieron dichos resultados, mostrando que la distancia que se estimó en el primer artículo era incorrecta, y que en realidad la Galaxia NGC 1052-DF2 estaría más cerca nuestro (la estimación original eran unos 60 millones de años luz y la nueva estimación serían sólo 35 millones de años luz) 

 

¿Como puede la distancia afectar en la medición de si hay materia oscura o no?

En astronomía nos guiamos por cuanta luz recibimos, para saber la distancia a galaxias relativamente cercanas usamos al menos dos formas. Una tiene que ver con unas estrellas muy brillantes, llamadas gigantes rojas. Estas estrellas alcanzan un máximo de brillo que se conoce como la cúspide de la rama de las gigantes rojas, y que no depende de que galaxia estamos mirando, sino que de la física y las reacciones internas de esas estrellas, que en ese punto siempre brillan lo mismo. Es como un farol estándar. Si vemos esa cúspide más brillante o más débil solo depende de su distancia. Tal como si pusiéramos una linterna más lejos la vemos más débil, pero no porque emite menos luz sino porque está físicamente más lejos.

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Mientras más lejos están las velas menos luz nos llega, lo mismo sucede con las estrellas. Crédito de imagen Kathy Hadley

El primer grupo dice que las galaxias están lejos basados en que hay otras galaxias muy cerca que sabemos sus distancias, y por ello no hay materia oscura, el segundo dice que no, que las galaxias están en realidad más cerca midiendo estas estrellas de la cúspide de la rama de las gigantes rojas.

El primer grupo encuentra una segunda galaxia llamada NGC 1052-DF4 con las mismas características que la primera, sin materia oscura. El equipo español y otros vuelven a argumentar que lo que vemos en esa región de cielo son en realidad dos grupos diferentes de galaxias uno más lejos y otro más cerca, tirando por la borda el hallazgo de dos galaxias sin materia oscura. Solo queda un

Para resolver el asunto de la distancia, se necesitan mejores datos alegaba el equipo estadounidense. Quienes pensaban que las mediciones del brillo de las estrellas estaba afectado por otras estrellas cercanas. Gracias a unas 7 horas de observaciones del telescopio espacial Hubble se lograron imágenes más profundas que permiten distinguir de forma individual cada una de las estrellas. En el artículo publicado  el 18 de octubre (aún bajo proceso de revisión de pares), se mide la distancia a estas galaxias.

El veredicto del equipo estadounidense: La distancia medida es 18.8 Mpc (+-1Mpc) o sea unos ¡60 millones de años luz! O sea esas galaxias no tienen materia oscura.

Otros grupos han pedido precaución y análisis independientes se realizarán sobre los mismos datos.

¿Cómo se estima la masa de una galaxia?

En el caso de las galaxias que hemos mencionado, se utilizan unos objetos llamados cúmulos globulares, y como estos se mueven alrededor de la galaxia, mientras mayor es la dispersión de sus velocidades, mayor es la masa de la galaxia. Otra forma es medir la dispersión de la luz de distintas zonas de la galaxia como se hizo en este estudio. Ambos coinciden en que a estas galaxias les faltaría materia oscura, y la pregunta que queda es si estas son excepciones muy raras o si podemos encontrar otras galaxias con esas mismas propiedades.

Los resultados de esta serie de investigaciones si son confirmados pueden tener implicaciones profundas en cómo entendemos el universo, pues encontrar estas galaxias en el universo cercano desafía las predicciones de simulaciones del universo. Por otro lado, si finalmente los resultados se pueden explicar de otra forma y la distribución de materia oscura es normal en estas galaxias, nos deja un muy buen recordatorio del proceso científico, donde distintas hipótesis son puestas a prueba hasta el límite de los conocimientos actuales, y que la ciencia es un camino para explicar de la mejor forma que podemos el universo que nos rodea, no una serie de dogmas a los que nos tenemos que aferrar en contra de las evidencias.

 

Conversamos de forma relajada e informal sobre este tema en el programa gente con tiempo de FM Tiempo, te invitamos a escuchar el podcast si quieres saber un poco más del tema

 

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Dr. Juan Carlos Beamin
Por Dr. Juan Carlos Beamin
Coordinador científico

18 de noviembre 2019

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