Una galaxia sin materia oscura

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Cuando levantamos la vista a las estrellas, y observamos el universo, todo lo que vemos supone menos del 5% del contenido en materia y energía del universo. Todas las estrellas, planetas, galaxias, gas interestelar, radiación de diferentes tipos… todo eso queda englobado dentro de esa minúscula fracción del contenido total del universo. ¿Qué pasa con el otro 95%?

El otro 95% es la combinación de energía oscura (68.3%) y materia oscura (26.8%). La primera es una forma de energía presente en todo el espacio, y responsable de la expansión acelerada del universo. Es posible entenderla como una fuerza gravitatoria repulsiva, cuyos efectos solo son detectables a gran escala. La materia oscura, por su parte, es un tipo de materia que no interactúa con la radiación electromagnética (luz), salvo mediante su gravedad. Es decir, es una materia que no podemos ver de forma directa, solo podemos estudiar los efectos gravitatorios que tiene sobre su entorno.

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Es una materia que no podemos ver de forma directa, solo podemos estudiar los efectos gravitatorios que tiene sobre su entorno.

La materia oscura fue propuesta originalmente en los años 30, para explicar las curvas de velocidad de rotación de las galaxias. Las galaxias rotaban demasiado rápido para que esa rotación pudiese estar causada por la materia visible. Era necesario que hubiese una componente “no visible”. Con el tiempo fueron encontrándose muchas otras evidencias de la existencia de una materia que no podemos ver.

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Comparación entre la velocidad de rotación observada (curva amarilla) y la velocidad esperada si toda la masa se debiese a la materia visible (curva verde).

La materia oscura desempeña un papel muy importante en la formación de estructuras en el universo y en formación y evolución de las galaxias. Define como son las galaxias que vemos. Las galaxias, tal y como las conocemos, no son posibles sin materia oscura. Por eso, encontrar una galaxia sin materia oscura es un acontecimiento. Eso es justo lo que parece haber encontrado el equipo liderado por Pieter van Dokkum, de la Universidad de Yale.

Las galaxias, tal y como las conocemos, no son posibles sin materia oscura.

Muy lejos de nosotros, a 6500 millones de años luz, la galaxia NGC 1052-DF2 (DF2 para abreviar) parece contener apenas una ínfima cantidad de materia oscura. Esta galaxia es muy diferente a las que la mayoría de gente se imagina. DF2 tiene un volumen similar a la Via Lactea, pero 250 veces menos estrellas, y por tanto es mucho más difusa y menos masiva. DF2 carece de una región densa central o de un agujero negro supermasivo que sirva de núcleo. A través de esta galaxia pueden verse otras galaxias situadas tras ella.  Este tipo de galaxias, llamadas galaxias “ultra-difusas”, suele tener un contenido en materia oscura 300 veces mayor al de materia “normal”. Esta gran cantidad de materia oscura permite que giren a gran velocidad, como haría una galaxia similar a la nuestra. Cuanta mayor sea la cantidad de materia oscura, más rápido será la velocidad de giro. DF2 apenas se mueve. Gira a muy poca velocidad, tan poca que por primera vez es posible explicar su velocidad de giro sin materia oscura. DF2 tendría, como mucho, una cantidad de materia oscura 400 veces menor del normal en una galaxia de su tipo. Podría incluso no tener nada. La masa estimada a partir de su luz, y la estimada a partir de su velocidad de rotación, son compatibles entre sí.

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Comparación entre NGC 1052-DF2 (izquierda) y la Vía Lactea (derecha).

Este descubrimiento muestra que las galaxias no requieren de materia oscura para existir, como durante mucho tiempo se ha pensado. Es posible que la propia interacción gravitatoria de la materia convencional sea suficiente para iniciar el colapso que lleva a la formación de una galaxia. El equipo que hizo el descubrimiento ya se ha embarcado en la búsqueda de nuevas galaxias sin materia oscura, para tratar de cuantificar hasta que punto puede tratarse de una anomalía o de un tipo diferente de galaxias.

Pese a que a priori pueda parecer poco intuitivo, este descubrimiento apoya la existencia de la materia oscura. La primera galaxia donde encontramos que no hay evidencia de materia oscura ha resultado ser muy diferente de las galaxias donde si hay evidencia de materia oscura. 

A GALAXY LACKING DARK MATTER (NATURE 2018)