Una galaxia sin (mucha) materia oscura

Los astrónomos han encontrado un objeto peculiar: una galaxia esponjosa que tiene poca o ninguna materia oscura.

No puedes tomar una taza de café sin la taza. Los astrónomos han pensado durante mucho tiempo lo mismo para las galaxias y la materia oscura: la materia oscura forma la copa, y la galaxia se fusiona con el gas que se vierte en esa copa, arrastrada allí por la gravedad.

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de NGC 1052-DF2 muestra la naturaleza difusa y transparente de la galaxia, tiene tan pocas estrellas y es tan escasa que las galaxias de fondo son visibles a través de ella.
P. van Dokkum / R. Abraham / STScI

La esponjosa galaxia NGC 1052-DF2 no tiene sentido en esta imagen: es el café sin la taza. Utilizando una impresionante colección de observaciones terrestres y espaciales, Pieter van Dokkum (Yale) y sus colegas han descubierto que esta galaxia difusa tiene como máximo 1 400 de materia oscura como se esperaba, basada en otros sistemas de masa similar. De hecho, la mejor explicación puede ser que no hay materia oscura en absoluto.

El objeto peculiar es uno de una colección de galaxias dominada por el fornido elíptico NGC 1052, que se encuentra a unos 65 millones de años luz de distancia en el borde de las constelaciones Cetus y Eridanus. Los astrónomos ya sabían que DF2 existía, ya que apareció como una colección de puntos en las imágenes de la encuesta. Pero cuando el equipo apuntó con el Dragonfly Telephoto Array, vieron una gran mancha.

Intrigados, lo miraron con varios otros instrumentos. Descubrieron que la galaxia es tan escasa que es transparente y sus puntos parecen cúmulos globulares, aunque extrañamente brillantes, similares al cúmulo Omega Centauri de la Vía Láctea. También son aproximadamente dos veces más grandes y aplastados que los globulares de brillo similar en nuestra galaxia.

Estas antiguas bolas de estrellas giran alrededor de sus galaxias parentales con velocidades determinadas por la masa total de la galaxia. Mida las velocidades de los globulares, y usted medirá la masa encerrada dentro de sus órbitas, que generalmente arroja evidencia de una gran cantidad de materia invisible.

No esta vez. Los 10 cúmulos globulares que el equipo registró se mueven como máximo un tercio tan rápido como se esperaba para las galaxias de esta masa (aproximadamente 200 millones de soles, o aproximadamente una décima parte de la Pequeña Nube de Magallanes). Sus movimientos implican que la masa encerrada es aproximadamente igual a la masa visible como estrellas.

En otras palabras, esencialmente no hay materia oscura.

Roberto Abraham (izquierda), Pieter van Dokkum (derecha) y varios estudiantes de posgrado de la Universidad de Toronto y Yale posan con la mitad de la matriz Dragonfly de 48 lentes en Nuevo México. Los estudiantes son coautores del artículo que informa que la galaxia NGC 1052-DF2 parece no contener materia oscura. Hay cinco coautores adicionales que no se muestran aquí, incluido otro estudiante graduado.
Universidad de Toronto

NGC 1052-DF2 no es la primera galaxia tenue en aparecer. Los astrónomos han visto miles de las llamadas galaxias ultradifusas (UDG) desde Van Dokkum, Roberto Abraham (Universidad de Toronto), y su equipo las descubrió por primera vez con la matriz Dragonfly en 2014. Pero ninguno de los otros muestra esta escasez de oscuridad. importar.

¿Cómo surgió algo así? El equipo hace un par de sugerencias en la Naturaleza del 29 de marzo, pero nada encaja perfectamente. Por ejemplo, NGC 1052-DF2 podría haberse formado a partir del gas extraído de la elíptica cercana, que muestra signos de una fusión reciente. Pero las características del UDG no coinciden con lo que los astrónomos esperarían de esa situación.

Otra posibilidad es que DF2 haya sido despojado de su materia oscura por el elíptico. Las simulaciones de Alyson Brooks (Rutgers) y otros indican que cuando los enanos pasan por las afueras de una gran galaxia, pierden materia oscura. "Se puede perder alrededor del 90% de la masa de materia oscura antes de que se eliminen las estrellas de la galaxia", dice ella. Es probable que esa separación provoque que las estrellas se "hinchen", agrega, quizás creando un objeto como el NGC 1052-DF2 difuso y sin materia oscura. Pero a ella le gustaría saber más sobre la trayectoria de DF2 antes de discutir el caso.

Van Dokkum y su equipo no ven signos de perturbación en la galaxia, lo que creen que no favorece la solución de sobrevuelo. Es posible que las características de las mareas se hayan desvanecido más allá de la detectabilidad, pero no está claro si ha habido suficiente tiempo para eso, dice Van Dokkum.

Que el café pueda existir sin la taza indica que la taza y el café son entidades reales y separadas, concluye el equipo. Si la presencia de materia oscura fuera solo una ilusión, que surge porque estamos usando la teoría de la gravedad incorrecta, entonces siempre veríamos signos de ella en las galaxias. Pero si la materia oscura a veces puede estar allí y a veces estar ausente, entonces existe la materia oscura.

Stacy McGaugh (Universidad Case Western Reserve) no está tan segura. Ha pasado varios años estudiando las fortalezas y debilidades de la dinámica newtoniana modificada (MOND), una teoría de la gravedad que prescinde de la materia oscura al sugerir que la gravedad funciona de manera diferente cuando hay bajas aceleraciones. Está de acuerdo en que los globulars de NGC 1052-DF2 deberían moverse más rápido en MOND que ellos. Pero también señala que la galaxia es extraña, independientemente de si acepta la existencia de la materia oscura o no.

"Entonces sí, me resulta problemático para MOND", dice. "Pero no lo entiendo mejor en términos de materia oscura". Tanto la materia oscura como el MOND tienen puntos de observación a su favor, explica, pero es aprensivo acerca de subir o bajar la fracción de materia oscura en cualquier galaxia dada solo para Tiene sentido de los movimientos de las estrellas: es una inferencia, no una predicción que se puede probar o refutar, dice.

El equipo de Dragonfly continúa buscando más galaxias como NGC 1052-DF2. De las otras 23 galaxias difusas que los astrónomos están analizando, tres son potencialmente similares. Con más de una galaxia en mano, los astrónomos podrían decir más sobre cómo se forman estas galaxias y qué significan para la materia oscura.

Referencia:

Pieter van Dokkum y col. "Una galaxia carente de materia oscura". Naturaleza . 29 de marzo de 2018.

Pieter van Dokkum y col. "Una población enigmática de cúmulos globulares luminosos en una galaxia que carece de materia oscura". Publicado en arXiv.org 28 de marzo de 2018.