Las galaxias que carecen de materia oscura, realmente existen

NGC 1052-df2 es una galaxia ultra difusa, un tipo de galaxia relativamente nuevo que se descubrió por primera vez en 2015 con la serie de teleobjetivos dragonfly. Las observaciones de seguimiento en el observatorio W. M. keck revelaron que esta galaxia extraña contiene poca o ninguna materia oscura. Créditos: NASA, ESA, y P. Van Dokkum (Universidad De Yale)

Después de atraer tanto elogios como escepticismo, el equipo de astrónomos que descubrieron NGC 1052-DF2, la primera galaxia conocida que contiene poca o ninguna materia oscura, regresa con pruebas más sólidas sobre su naturaleza extraña. 

La materia oscura es una sustancia misteriosa e invisible que normalmente domina la composición de las galaxias; encontrar un objeto al que le falta la materia oscura no tiene precedentes, y fue una sorpresa total. 

"Si hay un objeto, siempre tienes una vocecita en el fondo de tu mente que dice 'pero, ¿y si te equivocas?' A pesar de que hicimos todos los controles que pudimos pensar, nos preocupaba que La naturaleza nos había lanzado a un bucle y había conspirado para hacer que algo se viera realmente especial, mientras que en realidad era algo más mundano.", dijo el líder del equipo Pieter van Dokkum, Sol Goldman. Profesor de Familia de Astronomía en la Universidad de Yale. 

Ahora, el equipo de van Dokkum no tiene uno, sino dos, nuevos estudios que respaldan sus observaciones iniciales, lo que demuestra que la materia oscura es de hecho separable de las galaxias. 

Los miembros del equipo incluyen a Roberto Abraham, Profesor de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Toronto, Aaron Romanowsky, Profesor Asociado de Física y Astronomía en la Universidad Estatal de San José, Charlie Conroy, Profesor de Astronomía en la Universidad de Harvard, y Shany Danieli, estudiante de posgrado en Universidad de Yale. 

"El hecho de que estemos viendo algo que es completamente nuevo es lo que es tan fascinante", dijo Danieli, quien vio la galaxia por primera vez hace unos dos años. "Nadie sabía que tales galaxias existían, y lo mejor para un estudiante de astronomía en el mundo es descubrir un objeto, ya sea un planeta, una estrella o una galaxia, de lo que nadie sabía ni pensaba". 

En el primer estudio, el equipo confirmó sus observaciones iniciales de NGC 1052-DF2, o DF2 para abreviar, que muestran que la materia oscura está prácticamente ausente en la galaxia. Utilizando el Keck Cosmic Web Imager (KCWI) del Observatorio WM Keck, reunieron mediciones más precisas y encontraron que los cúmulos globulares dentro de la galaxia se están moviendo a una velocidad consistente con la masa de la materia normal de la galaxia. Si hubiera materia oscura en el DF2, los grupos se moverían mucho más rápido. 

"KCWI es único debido a la combinación de su gran área de estudio", dijo el autor principal Danieli. “El instrumento no solo nos permite ver toda la galaxia a la vez, sino que su alta resolución espectral también nos permite medir la masa con precisión. ¡No hay otro instrumento en el mundo que tenga esas dos propiedades! 

En el segundo estudio, el equipo usó el espectrómetro de imágenes de baja resolución (LRIS) del Observatorio Keck para encontrar otra galaxia desprovista de materia oscura, llamada NGC 1052-DF4, o DF4 para abreviar. 

"Descubrir una segunda galaxia con muy poca o ninguna materia oscura es tan emocionante como el descubrimiento inicial de DF2", dijo van Dokkum, quien es el autor principal del artículo de DF4. “Esto significa que las posibilidades de encontrar más de estas galaxias son ahora más altas de lo que pensábamos anteriormente. Dado que no tenemos buenas ideas sobre cómo se formaron estas galaxias, espero que estos descubrimientos animen a más científicos a trabajar en este rompecabezas ". 

Los resultados del equipo se publican en The Astrophysical Journal Letters; el primer estudio aparece en la edición del 27 de marzo , mientras que el segundo estudio aparece en la edición del 20 de marzo.

Una imagen de la investigación tomada con la matriz de teleobjetivos Dragonfly muestra objetos dentro del campo de la galaxia elíptica NGC 1052 (centro). Entre estos objetos se encuentran DF2 (abajo a la izquierda) y DF4 (arriba a la derecha); ambas son galaxias con deficiencia de materia oscura que son similares en tamaño, luminosidad, morfología, población de cúmulos globulares y dispersión de velocidad. CRÉDITO: P. VAN DOKKUM (UNIVERSIDAD DE YALE) / STScI / ACS

 

Al igual que DF2, DF4 pertenece a una clase relativamente nueva de galaxias llamadas galaxias ultra difusas (UDG). Son tan grandes como la Vía Láctea, pero tienen entre 100 y 1000 veces menos estrellas, lo que las hace parecer esponjosas y translúcidas, por lo tanto, difíciles de observar. 

Irónicamente, la falta de materia oscura en estos UDG refuerza la teoría de la materia oscura. Prueba que la materia oscura es una sustancia que no está acoplada a la materia "normal", ya que ambas pueden encontrarse por separado. El descubrimiento de estas galaxias es difícil de explicar en teorías que cambian las leyes de la gravedad en grandes escalas como alternativa a la hipótesis de la materia oscura. 

Este sorprendente descubrimiento provocó algunas críticas cuando el equipo anunció sus resultados por primera vez en marzo de 2018 . 

"Fue un poco estresante a veces", dijo van Dokkum. “Por un lado, así es como se supone que funciona el proceso científico; ves algo interesante, otras personas no están de acuerdo, obtienes nuevos datos y al final aprendes más sobre el universo. Por otro lado, aunque la mayoría de las críticas fueron constructivas y educadas, no todas lo fueron. Cada vez que salía una nueva crítica, teníamos que luchar y descubrir si habíamos obviado algo”. 

Van Dokkum dice que está orgulloso de su equipo por unirse en esos momentos difíciles. Su arduo trabajo ha dado sus frutos, con el universo cooperando y dando más razones para buscar otros UDG como DF2 y DF4. 

Danieli está liderando una investigación de área amplia con el Dragonfly Telephoto Array (DTA) para buscar más ejemplos de una manera sistemática, y luego observar a los candidatos nuevamente usando los telescopios Keck. 

"Esperamos descubrir lo comunes que son estas galaxias y si existen en otras áreas del universo", dijo Danieli. “Queremos encontrar más evidencia que nos ayude a comprender cómo funcionan las propiedades de estas galaxias con nuestras teorías actuales. Nuestra esperanza es que esto nos lleve un paso más allá en la comprensión de uno de los misterios más grandes de nuestro universo: la naturaleza de la materia oscura ". 

Fuente: W. M. Keck Observatory,