La galaxia casi invisible desafía el modelo de materia oscura

Un grupo de astrofísicos liderados por Mireia Montes, investigadora del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha descubierto la galaxia más grande y extendida registrada hasta el momento. El estudio fue publicado en la revista Astronomía y astrofísica.y utilizó datos tomados con el Gran Telescopio Canarias (GTC) y el Radiotelescopio Green Bank (GBT).

Cloud es una galaxia enana casi invisible descubierta por un equipo de investigación internacional liderado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en colaboración con la Universidad de La Laguna (ULL) y otras instituciones.

El nombre fue sugerido por la hija de cinco años de uno de los investigadores del grupo y se debe a la apariencia difusa del objeto. Su brillo superficial es tan débil que había pasado desapercibido en los distintos estudios anteriores de esta parte del cielo, como si se tratara de una especie de fantasma. Esto se debe a que sus estrellas están tan dispersas en un volumen tan grande que “Nube” era casi imperceptible.

Esta galaxia recién descubierta tiene una serie de propiedades específicas que la distinguen de objetos conocidos anteriormente. El equipo de investigación estima que Cloud es una galaxia enana diez veces más débil que otras de su tipo, pero también diez veces más grande que otros objetos con un número comparable de estrellas. Para mostrar lo que esto significa para cualquiera que sepa un poco de astronomía, esta galaxia tiene un tercio del tamaño de la galaxia. vía Lácteapero tiene una masa similar a la de la Pequeña Nube de Magallanes.

Imagen de la Nube de Galaxias a través de varios telescopios. Crédito: SDSS/GTC/IAC

“Con nuestros conocimientos actuales no entendemos cómo puede existir una galaxia con características tan extremas”, explica Mireia Montes, primera autora del artículo, investigadora del IAC y de la ULL.

Desde hace algunos años, Ignacio Trujillo, segundo autor del artículo, analiza a partir de imágenes del SDSS (Estudio del cielo digital Sloan), una determinada franja de cielo, como parte del proyecto Legado de IAC Stripe 82. En una de las revisiones de datos, notaron un área tenue que parecía lo suficientemente interesante como para iniciar un proyecto de investigación.

El siguiente paso fue utilizar imágenes multicolores ultraprofundas del Gran Telescopio Canarias (GTC), para confirmar que este punto en el estudio no era algún tipo de error, sino que se trataba de un objeto extremadamente extendido. Debido a su debilidad, es difícil determinar la distancia exacta de Nube. Utilizando una observación obtenida con el Telescopio Green Bank (GBT), en Estados Unidos, los autores estimaron que la distancia de la Nube es de 300 millones de años luz, aunque las próximas observaciones con el radiotelescopio Very Large Array (VLA) y el William El Telescopio Óptico Herschel (WHT) en el Observatorio Roque de los Muchachos, La Palma, debería ayudarles a demostrar si esta distancia es correcta. «Si la galaxia estuviera más cerca, seguiría siendo un objeto muy extraño y plantearía grandes desafíos a la astrofísica», comenta Ignacio Trujillo.

¿Otro desafío al modelo actual de materia oscura?

La regla general es que las galaxias tienen una densidad mucho mayor de estrellas en sus regiones interiores, y que esta densidad disminuye rápidamente al aumentar la distancia desde el centro. Sin embargo, Montes afirma que en Cloud “la densidad de las estrellas varía muy poco en todo el objeto, por eso es tan débil, y no pudimos observarlo bien hasta que tuvimos las imágenes ultraprofundas del GTC. «

La galaxia de las nubes. La figura es una composición de una imagen en color y una imagen en blanco y negro, para resaltar el fondo. Crédito: GTC/Mireia Montes

La nube deja perplejos a los astrónomos. A primera vista, explica el equipo, no hay interacción ni otros indicios de sus extrañas propiedades. Las simulaciones cosmológicas no son capaces de reproducir sus características «extremas», ni siquiera basándose en diferentes escenarios. “Seguimos sin una explicación válida dentro del modelo cosmológico actualmente aceptado, el de la materia oscura fría”, explica Montes.

El modelo de materia oscura fría puede reproducir las estructuras a gran escala del universo, pero hay escenarios a pequeña escala, como el caso de las Nubes, para los que no puede dar una buena respuesta. Hemos demostrado cómo distintos modelos teóricos no pueden producirlo, lo que lo convierte en uno de los casos más extremos conocidos hasta el momento. “Es posible que con esta galaxia, y con otras similares que podamos encontrar, encontremos más pistas que abran una nueva ventana para comprender el universo”, comenta Montes.

“Una posibilidad interesante es que las propiedades inusuales de Cloud nos muestren que las partículas que componen la materia oscura tienen una masa extremadamente baja”, dice Ignacio Trujillo. De ser así, las propiedades inusuales de esta galaxia serían una demostración de las propiedades de la física cuántica, pero a escala galáctica. “Si se confirmara esta hipótesis, sería una de las demostraciones más bellas de la naturaleza, unificando el mundo de los más pequeños con el de los más grandes”, concluye.

Referencia: “Una galaxia casi oscura con la masa de la Pequeña Nube de Magallanes” por Mireia Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raúl Infante-Sainz, Kristine Spekkens, Giulia Golini, Michael Beasley, Maria Cebrián, Nushkia Chamba, Mauro D'Onofrio , Lee Kelvin y Javier Román, 9 de enero de 2024, Astronomía y astrofísica..
DOI: 10.1051/0004-6361/202347667