Nuestra comprensión del universo, en sus escalas más grandes, se apoya hasta cierto punto en cosas que no podemos ver. Por eso, el descubrimiento de una galaxia sin materia oscura (o con una cantidad muy pequeña) está resultando desconcertante…
Una galaxia sin materia oscura
El anillo de oscuridad en este cúmulo galáctico, Cl 0024+17, indica la presencia de materia oscura.
Crédito: NASA, ESA, M.J. Jee y H. Ford (Johns Hopkins University)
Encontrar una galaxia sin materia oscura es, en cierto modo, algo que va en contra de lo establecido. Es como ver crecer un grupo de algas marinas en lo alto del Everest. La imagen general es que las galaxias, como la Vía Láctea, se forman dentro de acumulaciones de materia oscura. Este tipo de materia, que no podemos ver y que supone alrededor del 20% de la composición del universo, juega un papel importante.
Las galaxias tienen a su alrededor un halo de materia oscura. La presencia de esta materia se puede deducir a partir de diversos factores. Como el hecho de que, sin ella, resulta difícil explicar que una galaxia pueda mantenerse unida por su propia gravedad. Las estrellas que la componen terminarían saliendo despedidas en todas direcciones. Así que el descubrimiento de NGC 1052-DF2 resulta extremadamente llamativo.
Pero pongámonos en contexto, porque hay que hacer algunas aclaraciones. NGC 1052-DF2 es una galaxia satélite de NGC 1052. Esta última es una galaxia elíptica gigante. A su alrededor tiene galaxias satélite. Lo mismo pasa con la nuestra. Entre los satélites de la Vía Láctea nos encontramos con las Nubes de Magallanes, que son visibles desde el hemisferio sur de la Tierra. Aquí es donde entra en juego el telescopio Dragonfly.
Dragonfly, un telescopio especial
La región en la que está NGC 1052-DF2 observada por Dragonfly. La primera imagen muestra toda la región, en la segunda se amplía la zona en la que está.
Crédito: P. von Dokkum et al.
Para poder observar estas galaxias satélites, que suelen ser mucho más tenues que las galaxias principales a las que acompañan, no sirve un simple telescopio. En este caso, se ha utilizado el telescopio Dragonfly, que es muy particular. Porque, técnicamente hablando, no es un telescopio en el sentido estricto. Es un conjunto de lentes de fotografía Canon, conectadas a un detector digital e instaladas en un mismo marco para que apunten en la misma dirección.
Las lentes tienen una capa especial que permite reducir la dispersión de luz. Eso ayuda a poder ver objetos grandes, tenues y difusos. En un telescopio tradicional, estos objetos desaparecen bajo el brillo de estrellas y otros objetos más brillantes. Dragonfly reduce esa luz que interfiere, y además puede observar grandes regiones del firmamento. Así que puede ver muchas cosas a la vez. La misión principal de Dragonfly es tomar imágenes de galaxias cercanas en busca de satélites que pasasen desapercibidos.
Así es como llegamos al descubrimiento de NGC 1052-DF2. Pero para descubrir que es una galaxia sin materia oscura iba a hacer falta algo más. Con la calidad de imagen de Dragonfly ya fueron capaces de detectar que tiene muchos puntos de luz. Pero para poder observarla mejor, decidieron recurrir a la ayuda del telescopio Hubble. El resultado es tremendamente intrigante, porque no solo es una galaxia difusa…
La intrigante NGC 1052-DF2
La galaxia enana NGC 1052-DF2, vista por el telescopio Hubble.
Crédito: P. van Dokkum; R. Abraham; STScI, Space Telescope Science Institute
En la imagen que acompaña este párrafo podemos ver la galaxia en detalle. Es esa región de color azul en el centro de la imagen. Casi todo lo demás que podemos ver son galaxias más distantes. Algunas de ellas son visibles incluso a través de NGC 1052-DF2. A simple vista, llama la atención que no parece haber gas. No se ve ninguna nebulosa. Los lugares en los que se forman nuevas estrellas.
También podemos ver muchas de las estrellas que parecen componer la galaxia. Aunque, a decir verdad, no todas ellas son estrellas. Algunos de los puntos, más brillantes que el resto, son en realidad cúmulos globulares. Son agrupaciones de miles de estrellas, que se mantienen unidas por su gravedad conjunta. Estos cúmulos globulares son llamativos por que son más brillantes que la mayoría de los que podemos observar, incluso aquí en la Vía Láctea.
Gracias al observatorio Keck (en Hawái), los investigadores pudieron analizar NGC 1052-DF2 en más detalle. Estos cúmulos globulares son los que, en gran medida, nos cuentan el misterio de esta galaxia sin materia oscura. Desde el observatorio Keck, se analizó la luz de NGC 1052-DF2 y se separó en sus colores individuales. De esta manera, se puede extraer mucha información. No solo permite determinar que son agrupaciones de estrellas.
La historia de los cúmulos globulares
La galaxia NGC 1052-DF2 es muy tenue. En esta imagen, de la campaña Digitized Sky Survey (previa a Dragonfly) apenas es visible.
Crédito: SImbad/AladIn
Al analizar la luz que emiten, es posible medir su velocidad. Es algo muy útil. Porque la velocidad a la que se mueven depende de la gravedad a la que se ven sometidos por la galaxia en la que están. Eso nos permite determinar, por extensión, la masa de la galaxia. Al analizar la distribución de velocidades de los cúmulos globulares de NGC 1052-DF2, los astrónomos determinaron que no tiene más de 320 millones de veces la masa del Sol y que, seguramente, esta más cerca de 200 millones.
Si observamos toda la luz emitida por la galaxia, también es posible determinar la masa total de todas las estrellas que la componen. Y aquí llega la sorpresa. El cálculo es de unos 200 millones de veces la masa del Sol. Los investigadores han utilizado varios métodos para medir la masa de NGC 1052-DF2, y todos dan más o menos la misma cifra. Es decir, toda la masa de la galaxia se encuentra en estrellas.
Es todo un dilema. Hasta ahora, las galaxias que hemos observado presentan una corona de materia oscura. Sabemos que es unas 6 veces más abundante que la materia normal y siempre se ha dado por hecho que es esencial para permitir la formación de galaxias. La cantidad de materia oscura definitiva, que una galaxia tendrá a su alrededor, depende de muchos factores, como la cantidad de estrellas. Pero es que en el caso de las galaxias enanas, como esta, es todavía más extremo…
Una galaxia sin materia oscura… que va contra todo
Esta imagen muestra NGC 1042 (la galaxia espiral en la derecha) y NGC 1052 (en la izquierda).
Crédito: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona
Porque en el caso de las galaxias enanas, lo que se espera es que la diferencia entre su materia normal y su materia oscura sea de varios cientos de veces. Sin embargo, lejos de mostrar una proporción así, lo que vemos es NGC 1052-DF2 no parece tener nada. Es una galaxia sin materia oscura. O, en el mejor de los casos, quizá tenga tanta materia oscura como materia normal. Algo que no encaja en lo que conocemos.
¿Qué ha pasado con esa materia oscura? Es difícil responder a esa pregunta. Puede que no tuviese una corona de materia oscura a su alrededor. Quizá se formó a partir de gas perdido por NGC 1052, la galaxia elíptica gigante cercana. Esto último podría suceder cuando dos galaxias grandes chocan. Además, se cree que las galaxias elípticas se forman, precisamente, tras el choque de dos galaxias. O puede que ese gas fuese expulsado por el agujero negro supermasivo en el centro de NGC 1052.
Otra posibilidad es que el gas que caía hacia NGC 1052 formase estrellas antes de llegar a incorporarse a la galaxia gigante. Pero, se mire por donde se mire, NGC 1052-DF2 plantea cuatro grandes incógnitas. Es más grande que la mayoría de galaxias enanas. Es, también, más difusa. Sus cúmulos globulares son más brillantes de lo normal y es una galaxia sin materia oscura. ¿Qué conclusión se puede sacar de todo esto?
Es pronto para sacar conclusiones
Un equipo de astrónomos junto al telescopio Dragonfly.
Crédito: University of Toronto
De momento no hay mucho que se pueda decir. NGC 1052-DF2 es una galaxia sin materia oscura o, en el mejor de los casos, con mucha menos de lo que debería. Pero para poder comprender mejor su naturaleza solo hay dos posibilidades. Estudiarla en más detalle o buscar otras galaxias enanas que muestren un comportamiento similar. El objetivo del telescopio Dragonfly es encontrar otras galaxias enanas difusas.
Probablemente encontrarán muchas galaxias enanas que acompañan a otras galaxias grandes. Lo que no está tan claro es que vayan a encontrar algo tan llamativo como NGC 1052-DF2. ¿Es frecuente que haya galaxias sin materia oscura? Descubrirlo nos enseñará algo sobre el universo en que vivimos. Dragonfly ya ha ayudado a estudiar galaxias ultradifusas, que destacan por tener muy poco brillo.
¿Cómo afecta el descubrimiento de una galaxia sin materia oscura a nuestra concepción del universo? De momento, es algo que nos debería hacer arquear la ceja. Es extraño y nuestra comprensión del universo nos dice que no debería estar ahí. Pero hasta que no conozcamos otros objetos similares, o sea estudiada en mayor detalle, sería apresurado sacar conclusiones. Habrá que esperar y ver qué obtenemos en el futuro cercano. Porque, sin duda, no será la última vez que hablemos de este tema.
El estudio es P. van Dokkum, S. Danieli, Y. Cohen et al; «A galaxy lacking dark matter». Publicado en la revista Nature el 28 de marzo de 2018. El abstracto está disponible en su propia página. No parece que el estudio esté disponible en arXiv.
Referencias: Bad Astronomy
Leído. Muy interesante. Cuando creíamos saberlo todo sobre el universo, aparecen cosas que nos dejan sorprendidos y desconcertados.
Esto es lo asombroso de este universo: cuando creíamos que sabíamos todas las respuestas nos cambiaron las preguntas,
¿si no hay materia oscura, cómo se comportaría la gravedad en esa galaxia?
Anomalías en ese aspecto podrían relacionar (o no) con la materia oscura y pudiera llevar a comprender esta fuerza que Newton apenas vislumbró: soy lego en la materia, pero de eso va la ciencia, de descartar hipótesis.