Según nuestros modelos cosmológicos predominantes, la materia oscura representa aproximadamente el 85 % de la masa del Universo. Si bien los esfuerzos en curso para estudiar esta misteriosa masa invisible no han arrojado evidencia directa, los astrofísicos han podido medir su influencia mediante la observación de halos de materia oscura, lentes gravitacionales y el efecto de la relatividad general en estructuras cósmicas a gran escala. Y con la ayuda de misiones de próxima generación como los telescopios espaciales Euclid de la ESA y Nancy Grace Roman de la NASA, ¡la Materia Oscura puede dejar de ser un misterio por mucho más tiempo!
Y luego aparece algo como esto: ¡una galaxia masiva que parece tener poca o ninguna materia oscura! Esto es precisamente lo que observó un equipo de astrónomos liderado por miembros del Instituto Astrofísico de Canarias (IAC) al observar NGC 1277. Esta galaxia lenticular, situada a 240 millones de años luz en la constelación de Perseo, es varias veces más masiva que la Vía Láctea. Esta es la primera vez que se encuentra una galaxia masiva que no muestra signos de materia oscura, lo cual es un serio desafío para nuestros modelos cosmológicos actuales.
La investigación ha sido dirigida por Sébastien Comerón, astrónomo extragaláctico de la Universidad de La Laguna (ULL), el IAC, y líder de la colaboración Archæology of Thick discs (ArcThick). A él se unieron investigadores del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania, el Instituto de Física de Partículas y del Cosmos (IPARCOS), el Instituto Max Planck de Astronomía (MPA) y varias universidades. El artículo que describe sus hallazgos apareció recientemente en la revista Astronomy & Astrophysics.
De acuerdo con el Modelo Estándar de Cosmología (modelo Lambda Cold Dark Matter): la materia oscura desempeñó un papel intrínseco en la formación y evolución del cosmos (y todavía lo tiene). En teoría, esta masa invisible existió poco después del Big Bang y formó halos que atrajeron gas de hidrógeno neutro en discos giratorios. Este gas fue absorbido por nubes cada vez más densas, lo que provocó la formación de las primeras estrellas y galaxias. Hoy en día, la materia oscura es un componente principal de todas las galaxias masivas y es evidente por sus curvas de rotación, las lentes que crean y sus interacciones con las estrellas circundantes y el medio intergaláctico (IGM).
Sin embargo, cuando el equipo midió la distribución de masa de NGC 1277, observaron solo la distribución de la estrella. A partir de esto, dedujeron que la materia oscura no podría representar más del 5% de la masa de la galaxia dentro del radio observado, aunque sus observaciones indicaron que podría no haber materia oscura en absoluto. Como explicó Comerón en un reciente comunicado de prensa del IAC:
“Este resultado no encaja con los modelos cosmológicos actualmente aceptados, que incluyen la materia oscura. La importancia de las galaxias reliquia para ayudarnos a comprender cómo se formaron las primeras galaxias fue la razón por la que decidimos observar NGC 1277 con un espectrógrafo de campo integral. A partir de los espectros, elaboramos mapas cinemáticos que nos permitieron calcular la distribución de la masa dentro de la galaxia en un radio de unos 20.000 años luz”.
En su artículo, el equipo describe a NGC 1277 como un prototipo de “galaxia reliquia”, una clase muy rara que no interactúa con las galaxias vecinas. Se cree que estas galaxias son los restos de galaxias gigantes que se formaron poco después del Big Bang. Sin embargo, el modelo predice que la materia oscura debería representar al menos el 10% de las galaxias tan masivas como NGC 1277, con un máximo del 70% para este tipo en particular. Según la coautora Anna Ferré-Mateu, investigadora del IAC y de la ULL, hay dos posibles explicaciones para esta discrepancia:
“Una es que la interacción gravitacional con el medio circundante dentro del cúmulo de galaxias en el que se encuentra esta galaxia ha eliminado la materia oscura. La otra es que la materia oscura fue expulsada del sistema cuando la galaxia se formó por la fusión de fragmentos protogalácticos, lo que dio lugar a la galaxia reliquia”.
Sin embargo, ninguna de estas explicaciones es completamente satisfactoria en lo que respecta al equipo. En un futuro cercano, el equipo planea investigar más a fondo el misterio realizando observaciones con el instrumento WHT Enhanced Area Velocity Explorer (WEAVE) en el Telescopio William Herschel (WHT), ubicado en el Observatorio Roque de los Muchachos en la isla de La Palma. Si las mediciones de velocidad de WEAVE confirmaran que NGC 1277 no tiene materia oscura, podría arrojar serias dudas sobre teorías alternativas, como la dinámica newtoniana modificada (MOND). Dijo Trujillo:
“Esta discrepancia entre las observaciones y lo que esperaríamos es un rompecabezas y tal vez incluso un desafío para el modelo estándar. Si bien la materia oscura en una galaxia específica se puede perder, una ley de la gravedad modificada debe ser universal, no puede tener excepciones, por lo que una galaxia sin materia oscura es una refutación de este tipo de alternativas a la materia oscura”.
¡Estas observaciones también podrían arrojar algo de luz sobre el Agujero Negro Supermasivo (SMBH) especialmente enorme de la galaxia, que tiene aproximadamente 17 mil millones de masas solares, o 4,250 veces la de Sagitario A * (el SMBH en el centro de la Vía Láctea)! Según algunos astrónomos, los agujeros negros podrían ser la fuente de materia oscura, que se formó a partir del colapso de materia oscura Halos durante el Universo primitivo. También está el misterio de las Galaxias de Materia Oscura, como el curioso caso de FAST J0139+4328, que están compuestas casi en su totalidad por materia oscura.
Las misiones de próxima generación como Euclid y los telescopios espaciales Nancy Grace Roman también proporcionarán una nueva perspectiva al examinar la expansión del cosmos desde el Big Bang. Estas observaciones tienen como objetivo medir la influencia de la Materia Oscura (y la Energía Oscura) en la mayor de las escalas cósmicas. Los resultados de estos y otros estudios resolverán el debate en curso al revelar que existe una misteriosa masa invisible o que nuestra comprensión de la gravedad (tal como la describe la Relatividad General) necesita ser revisada.
Artículo con fines divulgativos basado en el artículo original en Inglés.
Créditos: Matt Williams, Universe Today
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