Nuevo mecanismo de eliminación de materia oscura

¿Saben que hay galaxias que no tienen materia oscura? La materia oscura es algo que se cree clave en el nacimiento y evolución de galaxias. Sin embargo, el hallazgo de galaxias que carecen de ella hizo que los astrónomos empezaran a dudar sobre los principios que rigen la evolución galáctica. Sin embargo, una investigación dirigida por Mireia Montes, de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia) y que realizó su tesis doctoral en el IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias), ha sido publicada en The Astrophysical Journal (Montes, 2020) y pone al descubierto los motivos por los que la materia oscura está ausente en estas galaxias.

Precedentes: dos galaxias sin materia oscura

Acompáñenme a 2018. Un equipo de investigadores descubrió una galaxia en nuestro vecindario cósmico a la que le falta la mayor parte de su materia oscura (van Dokkum, 2018). Esta galaxia situada a 62 millones de años luz y llamada NGC 1052-DF2 sorprendió a los astrónomos. ¿Por qué? En los modelos actuales de formación y evolución de galaxias, la materia oscura es clave.

Vayamos a 2019. Descubren que una nueva galaxia NGC 1052-DF4 (van Dokkum, 2019) situada a 45 millones de años luz también carece de materia oscura. El debate quedó abierto y los astrónomos discutieron sobre la naturaleza de estas extrañas galaxias.

Nuevos datos sobre NGC 1052-DF4

Mireia Montes y su equipo utilizaron nuevos datos del Hubble obtenidos con los programas de observación GO-14644 y GO-15695. Con ellos pretendían explicar la ausencia de materia oscura en la galaxia NGC 1052-DF4.

En la investigación puede observarse cómo los efectos de interrupción de marea debida a su vecina galaxia masiva NGC 1035 pueden explicar la carencia de materia oscura en base a los profundos cambios en la distribución de materia. En otras palabras, el campo gravitatorio de NGC 1035 está destrozando a NGC 1052-DF4 y despojándola de su materia oscura.

Nuevo mecanismo de eliminar materia oscura

Este mecanismo de eliminación de materia oscura era desconocido por los astrónomos en este tipo de galaxias. Esto es así porque para llegar a esa conclusión eran necesarias unas imágenes de campo extremadamente profundo. Gracias a estas imágenes obtenidas con el Hubble se han podido apreciar detalles extremadamente débiles. «Usamos el Hubble de dos maneras para descubrir que NGC 1052-DF4 está experimentando una interacción […] Esto incluye estudiar la luz de la galaxia y la distribución de sus cúmulos globulares», explica Montes.

Gracias a la alta resolución de lo datos aportados por el Hubble, el equipo de científicos pudo identificar la población de cúmulos globulares de esta galaxia. Además, también contaron con los datos complementarios que se recogieron con el Gran Telescopio Canarias (GTC) del Observatorio del Roque de los Muchachos y con el telescopio IAC80 del Observatorio del Teide, ambos pertenecientes al IAC.

«No basta con dedicar mucho tiempo a la observación del objeto, sino que además es vital un tratamiento cuidadoso de los datos», explicó Raúl Infante-Sainz del IAC y miembro del equipo de Montes. «Era importante que utilizáramos no solo un telescopio sino varios para realizar esta investigación. Con la alta resolución del Hubble, podemos identificar los cúmulos globulares y luego con la fotometría GTC obtenemos las propiedades físicas», añadió.

Analizando los cúmulos globulares

Se cree que los cúmulos globulares se forman en los episodios de intensa formación estelar que dan forma a las galaxias. Al ser compactos y luminosos, son fácilmente observables. Por eso, estudiando y caracterizando la distribución de los cúmulos globulares en NGC 1052-DF4, los astrónomos pueden desarrollar una idea del estado actual de la propia galaxia.

Lo que sugieren los análisis es que estos cúmulos están siendo arrancados de su galaxia anfitriona, y esto respalda el hecho de que se está produciendo una interrupción de marea.

Analizando la luz de la galaxia

Al estudiar la luz de NGC 1052-DF4, el equipo de científicos encontró lo que se conoce colas de marea, que son trazos de materia que se están alejando de la galaxia, confirmando que se trata de un evento disruptivo.

Además, mediante análisis adicionales también podemos saber que las partes centrales de la galaxia permanecen intactas. Estas colas de marea tan solo representan aproximadamente un 7% de la masa estelar de la galaxia.

Esto indica que la materia oscura, que está menos concentrada que las estrellas, fue despojada previamente de la galaxia de un modo preferente, y ahora el componente estelar externo también está comenzando a ser despojado.

Luz sobre la materia oscura

«Este resultado es un buen indicador de que, si bien la materia oscura de la galaxia se evaporó del sistema, las estrellas están empezando a sufrir el mecanismo de disrupción”, explicó Ignacio Trujillo, del IAC y miembro del equipo de Montes. «Con el tiempo, NGC 1052-DF4 será canibalizada por el gran sistema alrededor de NGC 1035», añade Trujillo.

Por lo tanto, el descubrimiento de este mecanismo de interrupción de mareas explica la falta de materia oscura de la galaxia NGC 1052-DF4. Esto no solo ha resuelto un enigma astronómico, sino que también ha aliviado a la comunidad científica ya que las leyes de la gravedad tal y como las conocemos, siguen siendo válidas. Tal y como concluye Montes, «este descubrimiento reconcilia el conocimiento existente de cómo se forman y evolucionan las galaxias con el modelo cosmológico más favorable».

Referencias

• Montes, M. et al. The Galaxy «Missing Dark Matter» NGC 1052-DF4 is Undergoing Tidal Disruption. The Astrophysical Journal 904 114 (2020). DOI: 10.3847/1538-4357/abc340 (Ver).
• van Dokkum, P., Danieli, S., Cohen, Y. et al. A galaxy lacking dark matter. Nature 555, 629-632 (2018). DOI: 10.1038/nature25767 (Ver) (arXiv).
• van Dokkum, P., et al. A Second Galaxy Missing Dark Matter in the NGC 1052 Group. The Astrophysical Journal Letters 874 L5 (2019). DOI: 10.3847/2041-8213/ab0d92 (Ver) (arXiv).
• «New Hubble Data Explains Missing Dark Matter». heic2019 Science Release (2020) (Ver).
• «Descubierto el mecanismo que elimina la materia oscura de las galaxias». Instituto de Astrofísica de Canarias (2020) (Ver).
• «Hubble finds first galaxy in the local Universe without dark matter». heic1806 Science Release (2018) (Ver).