Nuevas perspectivas sobre el problema de las galaxias sin materia oscura

En el entorno de la galaxia NGC 1052 ocurre algo extraño: se han hallado varias galaxias muy débiles que, aparentemente, carecen de materia oscura. Los modelos de formación galáctica establecen que la materia oscura –un tipo de materia que no emite luz y solo interacciona gravitatoriamente– constituyó el germen de las galaxias que hoy observamos, de modo que esta anomalía suponía un grave problema. Ahora, un grupo científico encabezado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha hallado nuevas evidencias de que en realidad se trata de un problema de medición de distancias: estas galaxias podrían hallarse más cerca, de modo que su masa estelar estimada sería menor y, por lo tanto, su contenido de materia oscura sí se hallaría dentro de los parámetros normales.

Según la teoría cosmológica más aceptada, antes de que se formaran las galaxias ya había concentraciones de materia oscura que sirvieron de aglutinante: el gas que daría lugar a las estrellas de las primeras galaxias se concentró en los grumos de materia oscura, y este tipo de materia sigue siendo mayoritario en las galaxias, en forma de enormes halos en torno a la materia luminosa. De hecho, constituye su “pegamento”: una de las evidencias de la existencia de materia oscura reside en que, si las galaxias solo estuvieran formadas por estrellas y gas, la fuerza gravitatoria sería insuficiente para explicar su dinámica, de modo que serían fácilmente disgregadas a lo largo del tiempo.

Por ejemplo, en el entorno de NGC 1052, situado a unos 63 millones de años luz, la masa en forma de estrellas suele representar en torno al 1% con respecto a la materia oscura. Pero algunas galaxias, como la conocida como NGC 1052-DF2, muestran las proporciones contrarias, con un porcentaje anómalamente bajo de materia oscura. Esta galaxia, mucho más difusa que nuestra Vía Láctea, muestra un enjambre de estrellas viejas y extremadamente dispersas, que en ausencia de materia oscura sería fácilmente perturbable, de modo que resulta difícil explicar cómo ha podido formarse y sobrevivir a lo largo del tiempo cósmico.

La galaxia NGC 1052-DF2, una de las galaxias que parecen carecer de materia oscura (ESA/Hubble).»Gracias a datos del Dark Energy Camera Legacy Survey, junto con técnicas propias para la detección de objetos de bajo brillo extremo, hemos llevado a cabo una exploración sistemática en esta región. Y hemos hallado un gran número de galaxias de bajo brillo superficial que no habían sido observadas, incluyendo algunas de las galaxias más débiles detectadas hasta ahora», apunta Javier Román, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que encabeza el trabajo.

El análisis de estas nuevas y extremadamente débiles galaxias, así como del entorno en el que se encuentran, aporta evidencias robustas de la existencia de un grupo de galaxias más próximas en la línea de visión que el grupo de NGC 1052, al que pertenecerían estas galaxias sin aparente materia oscura. “Al encontrarse mucho más próximas a nosotros, la masa estelar estimada en estas galaxias decrecería considerablemente, lo que haría que estas galaxias pasaran a ser galaxias normales, con proporciones ordinarias de ambos tipos de materia”, indica Javier Román (IAA-CSIC).

Además, esta mayor proximidad resolvería otra de las anomalías de estas galaxias: algunos de sus cúmulos globulares, o agrupaciones muy compactas de estrellas viejas, mostraban una luminosidad muy superior a lo esperado. Si, en efecto, se hallan más cerca, su luminosidad también cae en los parámetros normales.

Esta investigación ha permitido además descubrir una galaxia de gran interés. Conocida como RCP 32, es una de las galaxias con el brillo superficial más bajo observada, y su detección constituye una señal de la eficiencia del método empleado. «Llama la atención que haya pasado desapercibida estando al lado de NGC 1052-DF2, que ha sido tan exhaustivamente estudiada en los últimos años. Muestra propiedades similares a las de las galaxias que parecían carecer de materia oscura, pero vemos sin lugar a dudas que la materia oscura es un ingrediente indispensable en RCP 32, ya que sin ella su escasísima población estelar se disgregaría muy rápidamente. Futuros estudios de esta galaxia serán de gran interés”, concluye Javier Román (IAA-CSIC).

La galaxia RCP 32, una de las galaxias con el brillo superficial más bajo nunca observada.

Referencia bibliográfica:

J. Román et al. «Discovery and analysis of low surface brightness galaxies in the environment of NGC 1052». Astronomy & Astrophysics, October 2021. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202142161