Una galaxia casi invisible desafía el paradigma de la 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 la fecha. El estudio fue publicado en la revista Astronomía y astrofísica.Se utilizaron datos obtenidos por el Gran Telescopio Canarias (GTC) y el Radiotelescopio Green Bank (GBT).

Nube 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 5 años de uno de los investigadores del grupo y se debe a la apariencia extendida del cuerpo. Su brillo superficial es tan tenue que ha pasado desapercibido en varios estudios anteriores de esta parte del cielo, como si se tratara de un fantasma. Esto se debe a que sus estrellas están tan dispersas que la “Nube” (en español “nube”) era casi indetectable.

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

Una imagen de la galaxia Nubia a través de diferentes telescopios. Crédito: SDSS/GTC/IAC

“Con nuestro conocimiento actual, no entendemos cómo podría existir una galaxia con propiedades tan extremas”, explica Mireya Montes, primera autora del artículo, investigadora del IAC y la ULL.

Desde hace varios años, Ignacio Trujillo, segundo autor del artículo, realiza análisis, basados ​​en imágenes SDSS (Encuesta Sloan Digital Sky), una franja específica del cielo, en el marco del proyecto Legado del IAC Stripe 82. En una de las revisiones de datos, notaron una mancha tenue que parecía lo suficientemente interesante como para iniciar un proyecto de investigación.

El siguiente paso fue utilizar imágenes multicolores y muy profundas del Gran Telescopio Canarias (GTC), para confirmar que este parche en el escaneo no era algún tipo de error, sino un objeto muy extendido. Debido a su debilidad, es difícil determinar la distancia exacta de Nobby. Utilizando una observación obtenida con el Telescopio Green Bank (GBT), en Estados Unidos, los investigadores estimaron que la distancia de Nobi es de 300 millones de años luz, a pesar de las próximas observaciones utilizando el radiotelescopio Very Large Array (VLA) y el Telescopio óptico William Herschel. (WHT) en el Observatorio del Roque de los Muchachos, La Palma, debería ayudarles a demostrar si esta distancia es correcta. “Si la galaxia resulta estar más cerca, seguirá siendo un objeto muy extraño y planteará grandes desafíos para la astrofísica”, comenta Ignacio Trujillo.

¿Existe otro desafío para el modelo actual de materia oscura?

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

Galaxia Nubia. La figura es una combinación de una imagen en color y una imagen en blanco y negro, para la selección del fondo. Crédito: GTC/Mireya Montes

El novato desconcertó a los astrónomos. A primera vistaEl equipo explica que no hay interacción ni otros indicios de sus extrañas propiedades. Las simulaciones cosmológicas son incapaces de reproducir sus propiedades “extremos”, incluso basándose en diferentes escenarios. “Nos quedamos sin una explicación viable dentro del modelo cosmológico actualmente aceptado, que es el modelo de materia oscura fría”, explica Montes.

El modelo de materia oscura fría puede reproducir estructuras a gran escala en el universo, pero hay escenarios a pequeña escala, como el de Nobby, para los que no puede dar una buena respuesta. Hemos demostrado cómo diversos modelos teóricos no pueden reproducirlo, convirtiéndolo en uno de los casos más extremos conocidos hasta la fecha. “Es posible que con esta galaxia, y galaxias similares que podamos encontrar, podamos encontrar evidencia adicional que abra una nueva ventana para comprender el universo”, comenta Montes.

“Una posibilidad atractiva es que las propiedades inusuales de Nube nos muestren que las partículas que componen la materia oscura tienen una masa muy pequeña”, dice Ignacio Trujillo. De ser así, las propiedades inusuales de esta galaxia servirían como evidencia de las propiedades de la física cuántica, pero a escala galáctica. Y concluye: “Si se confirma esta hipótesis, será una de las manifestaciones más bellas de la naturaleza, uniendo el mundo de los más pequeños con el mundo de los más grandes”.

Referencia: “Una galaxia oscura de aproximadamente la masa de la Pequeña Nube de Magallanes” por Mireya Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raúl Infante-Saenz, Christine Speeks, Giulia Giulini, Michael Beasley, Maria Ciprian, Nocchia Ciampa, Mauro D'Onofrio, Lee Kelvin y Javier Román, 9 de enero de 2024, Astronomía y astrofísica..
doi: 10.1051/0004-6361/202347667