Una galaxia desprovista de materia oscura desconcierta a los astrónomos

Ojos al cielo: El telescopio Dragonfly (Libélula) de múltiples lentes en Nuevo México dedicado a la búsqueda de galaxias débiles en nuestro vecindario cósmico. Más que un telescopio es un sistema de cámaras con lentes, inspirado en parte en el ojo compuesto de las libélulas (de ahí su nombre),que con un alcance relativamente pequeño ha revelado galaxias débiles que otros telescopios no detectaron. Más información. (Cortesía: Universidad de Toronto).

Un grupo de  astrónomos de EE. UU., Canadá y Alemania han descubierto una galaxia distante aparentemente desprovista de materia oscura. Paradójicamente, creen que su descubrimiento podría fortalecer el argumento de que la materia oscura es la fuente de la ” masa perdida ” del Universo, ya que las teorías alternativas que modifican la gravedad deberían poder aplicarse a todas las galaxias. Otros investigadores, sin embargo, siguen sin estar convencidos.

 

El Telescopio Espacial Hubble de la NASA tomó una imagen de una extraña galaxia de aspecto fantasmal llamada NGC 1052-DF2 que los astrónomos calculan que tienen poca o ninguna materia oscura. Esta es la primera galaxia que los astrónomos han descubierto que carece de materia oscura, que se cree que comprende el 85% de la masa de nuestro Universo. Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA / Scientific Visualization Studio.

La idea de que el Universo podría comprender en gran parte “cuerpos oscuros” se remonta a una charla dada en 1884 por Lord Kelvin . En la década de 1930, los astrofísicos como Fritz Zwicky se dieron cuenta de que la dinámica de los cúmulos de galaxias implicaba que contenían mucha más masa de la que era visible para los telescopios, masa que ahora se conoce como materia oscura. La evidencia observacional más precisa de Vera Rubin y sus colegas fue presentada en 1980. La mayoría de los astrónomos ahora aceptan que solo alrededor del 15% de la materia en el Universo es “normal”, pero la naturaleza del resto sigue siendo en gran parte un misterio.

Algunos astrofísicos, sin embargo, siguen sin estar convencidos. Señalando varias observaciones que la materia oscurano ha podido explicar, junto con el hecho de que nadie ha identificado aún materia oscura, argumentan que el problema subyacente radica en el fracaso de las actuales teorías de la gravedad para predecir correctamente la dinámica a gran escala de las galaxias. El astrofísico Pavel Kroupa de la Universidad de Bonn en Alemania, argumentó en 2012 que, si el modelo de materia oscura fuera correcto, debería haber algunas “galaxias enanas de marea” que, debido a haberse formado de forma diferente a otras galaxias, no deberían  contener materia oscura La ausencia de tales galaxias sugeriría que el modelo de materia oscura es deficiente.

Aspecto extraño

Pieter van Dokkum, de la Universidad de Yale, y sus colegas creen que su galaxia podría ser una enana mareomotriz sin materia oscura. Al estudiar el grupo de galaxias elípticas NGC 1052 – a unos 63 millones de años luz de la Vía Láctea – con el Dragonfly Telephoto Array , que van Dokkum y un colega construyeron en Nuevo México en 2013, los investigadores notaron que una galaxia enana circundante llamada NGC1052- DF2 se veía muy diferente en las imágenes tomadas por Dragonfly y en el Sloan Digital Sky Survey. “Para intentar averiguar qué estaba sucediendo, conseguimos tiempo en el telescopio Keck y también tomamos algunas imágenes del Telescopio Espacial Hubble”, dice van Dokkum.

 

Esta gran galaxia de aspecto difuso es tan difusa que los astrónomos la llaman galaxia “transparente” porque pueden ver claramente galaxias distantes detrás de ella. El objeto fantasmal, catalogado como NGC 1052-DF2, no tiene una región central notable, o incluso brazos en espiral y un disco, características típicas de una galaxia espiral. Pero tampoco parece una galaxia elíptica. Incluso sus cúmulos globulares son extraños: son dos veces más grandes que las agrupaciones estelares típicas observadas en otras galaxias. Todas estas rarezas palidecen en comparación con el aspecto más extraño de esta galaxia: a NGC 1052-DF2 le falta la mayor parte, si no la totalidad, de su Materia Oscura. Créditos: NASA, ESA y P. van Dokkum (Universidad de Yale).

Usando los datos, los investigadores midieron los brillos y las velocidades de rotación de varios cúmulos de estrellas dentro de la galaxia. Los investigadores usaron el método de fluctuación de brillo superficial, en el cual la variación en el brillo de los píxeles que surgen de las fluctuaciones en el número específico de  estrellas cuya luz es recibibida por cada píxel, permite a los astrónomos calcular el brillo de las estrellas individuales y así estimar la distancia a la galaxia enana. Habiendo llegado a la conclusión de que la galaxia enana estaba realmente asociada con el grupo NGC 1052 en lugar de estar en un primer plano en la imagen y por lo tanto más cerca, usaron medidas de la luminosidad aparente de la galaxia, y su luminosidad “verdadera”, para luego comparándolas, estimar que la galaxia enana contenía aproximadamente 1.1 × 10 8  masas solares en estrellas.

Finalmente, usaron los movimientos de las estrellas para calcular la cantidad de materia oscura necesaria para explicar los movimientos de las estrellas  observadas. Para su sorpresa, sus resultados fueron consistentes con la ausencia de materia oscura en la galaxia. Los investigadores sugieren tres posibles escenarios de formación para el sorprendente resultado. Una es que están observando una galaxia enana de marea que se formó a partir de la materia normal que se liberó cuando galaxias mucho más grandes interactúaron entre sí. Sin embargo, en todos los escenarios concluyen: “NGC1052-DF2 demuestra que la materia oscura no siempre está acoplada con la materia bariónica (materia normal) en las escalas galácticas”.

Estímulo para investigar

Sin embargo, Kroupa no está convencido: señala que la galaxia enana parece extremadamente exótica, que contiene una serie de cúmulos globulares inusualmente brillantes (cúmulos de estrellas), pero aparentemente no tiene otros más débiles. “Si el objeto se desplaza hacia el observador”, dice, “la masa gravitante se mantendrá igual, pero los cúmulos globulares y la galaxia se vuelven menos luminosos. Entonces, los cúmulos globulares pueden calibrarse con cúmulos globulares conocidos, la galaxia es menos luminosa para la misma masa gravitante, y voila, tenemos materia oscura en el objeto, que ahora no es exótico “.

Llega a la conclusión de que “es un documento muy estimulante, pero creo que, dada la importancia de este tipo de argumentos, la parte más emocionante es que quizás podamos tomar esto como un estímulo para investigar un poco más el método de fluctuación del brillo superficial”. la galaxia enana está asociada con NGC 1052, sin embargo, él dice que los investigadores necesitan calcular si el efecto de campo externo -un efecto no lineal en la dinámica newtoniana modificada (el principal competidor de la materia oscura) – podría explicar las observaciones.

Dennis Zaritsky, de la Universidad de Arizona, cuyas observaciones del Bullet Cluster a menudo se citan como una prueba inequívoca de la materia oscura, también es escéptico. Sus propias dudas, sin embargo, no se refieren a las medidas de distancia y luminosidad, sino a las dinámicas. “Ahora estamos en esta extraña situación con la extraordinaria afirmación de que algo no tiene materia oscura en lugar de tenerla”, explica: “Es un objeto intrigante y vale la pena señalarlo para que se trabaje más en él”. , pero creo que todavía no hemos llegado “.

Las observaciones se publican en Nature .

Fuente: Physics World.

Artículo original: “Galaxy devoid of dark matter puzzles astronomers“. Tim Wogan. Physics World. March 29, 2018.

Material relacionado:

La noticia presentada en otros medios:

Una revisión  del paper publicado en Nature se encuentra en :

Un comentario del paper, dirigido a enfrentar la teoría de la Materia Oscura con la de la Gravedad Modificada (MOND) es:

Sobre el Instrumento:

 Sobre la Materia Oscura:

Los orígenes:

Sobre la situación actual en el estudio de la Materia Oscura:

Un nuevo tipo de galaxias recientemente detectado , las “galaxias oscuras” con una luminosidad muy débil porque tienen muy pocas estrellas que además son rojas frías (entonces viejas), encontradas en cúmulos de galaxias, deben contener una importante cantidad de masa en forma de materia oscura para mantenerse en una sola pieza y no ser despedazadas gravitatoriamente por sus galaxias vecinas:

 Un artículo recientemente publicado sobre el experimento de detección de Materia Oscura más conocido y discutido, DAMA/LIBRA, en curso en Italia y de larga data, que ha reportado una modulación anual en la ocurrencia de eventos, compatible con lo esperado en los modelos comunes de Materia Oscura, en los cuales la cantidad de eventos por unidad de tiempo es modulada por la rotación terrestre en torno al Sol, muestra los esfuerzos en el área de la detección:

Un excelente artículo publicado en el 2010, que hace una revisión del  modelo más aceptado para la Materia Oscura, WIMP por (Weakly Interacting Massive Particles), discutiendo los experimentos  en curso, incluyendo los del LHC en el CERN, que validarán o no dicho modelo en la década 2010 – 2020 es:

 Un enfoque diferente:

Existe una corriente de pensamiento que propone una alternativa a la Materia Oscura, la Teoría de la Gravitación Modificada, (Modified Newtonian Dynamics, MOND) para explicar los efectos observados que se le atribuyen a la Materia Oscura:

Recientes  reveses a la Materia Oscura:

En los últimos años, Lisa Randall , Física Teórica de la Universidad de Harvard, ha defendido la idea de que tal vez haya un disco de Materia Oscura que atraviesa el plano de la Vía Láctea, pero el análisis de los primeros datos suministrados por GAIA lo descarta: (ver el libro de la autora en el apartado “Libros” y ver el video de Lisa Randall en la sección videos, presentando la teoría del disco):

 Un trabajo realizado en 2016 pone en tela de juicio la existencia de la Materia Oscura al hallar una correlación entre la velocidad de rotación de una galaxia espiral y su masa visible:

Libros:

Videos:

Documentales y cortos:

Conferencias TEDx:

Conferencias y charlas públicas:

En Español:

En Portugués brasilero:

En Inglés:

Tim Wogan es un escritor de ciencia basado en el Reino Unido

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