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Cuando las galaxias pequeñas se encuentran con otras más masivas, las primeras se enfrentan a un ultimátum: asimilarlas o ser destruidas. Pero un nuevo estudio sugiere que existe una tercera alternativa: enfrentarse a la galaxia más grande, y pagar un coste en materia oscura.
Un nuevo trabajo publicado el lunes en la revista Nature Astronomy detalla un estudio en el que se utilizan simulaciones informáticas de alta potencia de galaxias que muestran que, en contra de las suposiciones de los astrónomos, las galaxias pueden existir sin un halo circundante de materia oscura, que los científicos también creen que es esencial para la formación de galaxias. El truco consiste en que tales galaxias deben sobrevivir a encuentros cercanos con galaxias mucho más masivas, pasando a través de la galaxia más grande y siendo despojadas de su materia oscura.
Se trata de un hallazgo que no sólo amplía la comprensión de los científicos sobre la evolución y el comportamiento de las galaxias, sino que preserva el importante papel que desempeña la materia oscura en el universo y sugiere importantes experimentos futuros para el recientemente lanzado telescopio espacial James Webb.
El nuevo estudio surgió a partir de dos descubrimientos que amenazaban con sacudir los cimientos de las galaxias tal y como las entienden los astrónomos.
En 2018, un equipo de astrónomos de Yale descubrió una galaxia enana. NGC 1052-DF2 – que poseía poca o ninguna materia oscura. La materia oscura es una misteriosa forma de materia que se cree que constituye el 85% del universo. Aunque los científicos no pueden verla, sí pueden ver los efectos gravitatorios de la materia oscura, y se cree que este enigmático material ayuda a las galaxias a formarse y mantener su forma.
“La razón por la que creemos que existe la materia oscura es al observar los movimientos de las estrellas en la galaxia: se mueven demasiado rápido, y tiene que haber algo que mantenga esas estrellas unidas”, dijo Jorge Moreno, profesor asistente de física y astronomía en el Pomona College, California, y autor principal del nuevo trabajo. “Es como si la materia oscura fuera el pegamento que mantiene todo unido”.
Una segunda galaxia, AGC 114905, también se descubrió recientemente que tenía poca o ninguna materia oscura, y en conjunto, estas observaciones plantearon un verdadero problema para los astrónomos que estudian las galaxias. Aquí había entidades que, según la astrofísica, no deberían existir.
“Cuando se descubrió una y luego otra galaxia sin materia oscura, toda la comunidad entró en modo de pánico”, dijo el Dr. Moreno. Lo que se pensaba que era una parte fundamental del comportamiento de las galaxias acababa de demostrarse que era erróneo, y algunos científicos incluso cuestionaron la realidad de la propia materia oscura. “Dijeron: ‘tal vez no necesitemos materia oscura, sino que tenemos que modificar las leyes de la física'”.
El Dr. Moreno no es un astrónomo observador, que mira las galaxias lejanas a través de un telescopio. En su lugar, utiliza superordenadores para modelar el comportamiento de las galaxias utilizando los datos recogidos en las observaciones y las leyes de la física tal y como se cree que funcionan en todo el cosmos.
Es una técnica que tiene sus ventajas, ya que el ciclo de vida de una galaxia abarca millones o incluso miles de millones de años.
“En una simulación, puedes ver realmente la evolución en minutos”, dijo. “Puedes ver la galaxia desde el momento en que nace, cuando es un niño, cuando es un adolescente y cuando se convierte en un adulto”.
En diciembre de 2020, el Dr. Moreno estaba ejecutando una simulación en un nuevo paquete de software que le permitía simular amplias franjas del universo compuestas por miles de galaxias. Se trataba de una simulación que asumía que la materia oscura era esencial para la formación y la estructura de las galaxias y, sin embargo, la simulación comenzó a producir galaxias que carecían de un halo de materia oscura. También mostró cómo llegaron a ese estado: un encuentro con un vecino más masivo.
Se asumió que las galaxias más pequeñas que orbitaban alrededor de galaxias más grandes serían destruidas, desgarradas por la gravedad de la galaxia más masiva, o serían asimiladas, comidas y absorbidas por el sistema galáctico más grande.
“Lo que descubrimos es que estas galaxias en realidad no eligen una u otra, sino que idean una tercera forma de sobrevivir”, dijo el Dr. Moreno, que compara con David enfrentándose al gigante Goliat en la Biblia. “Atraviesan la galaxia, y lo hacen varias veces, y sobreviven. Por alguna razón sobreviven, pero pagan un precio: terminan entregando su materia oscura.”
Esta prueba de concepto tiene varias implicaciones. En primer lugar, ofrece una explicación para las galaxias observadas y su desconcertante falta de materia oscura, y uno de los astrónomos del equipo que descubrió NGC 1052-DF2, Shany Danieli, es el segundo autor del nuevo artículo.
Pero el hallazgo tambiénrefuerza la evidencia de la realidad de la materia oscura en el universo.
“No conseguimos deshacernos del modelo de la materia oscura. En realidad hemos salvado el modelo”, dijo el Dr. Moreno. “La gente estaba diciendo, ‘ya sabes, podría ser el caso de que la materia oscura está mal y tenemos que llegar a las alternativas’. Mi artículo alivia esas preocupaciones”.
La tercera implicación de los nuevos hallazgos se aplica fuera del mundo de la ciencia y la astrofísica, pero dentro del mundo de los humanos que hacen la ciencia y la astrofísica.
“Este descubrimiento añade una nueva dimensión. Tienes más de dos opciones: puedes asimilarlo, puedes ser destruido o puedes enfrentarte al Goliat”, dijo el Dr. Moreno. “Soy uno de los pocos astrónomos de color que hacen simulaciones, y tengo raíces indígenas. Así que para mí, eso resuena mucho con la historia de mi pueblo que, algunos de ellos asimilaron, otros fueron destruidos.”
El propio Dr. Moreno tomó un tercer camino, el de elegir hacerse un lugar en la comunidad astronómica para que la gente que se parece a él pueda ser incluida. Y aunque él mismo no tiene herencia cherokee, bautizó las galaxias creadas en su simulación con el nombre de los siete clanes de esa tribu nativa americana: Pájaro, Azul, Ciervo, Pelo Largo, Pintura, Patata Salvaje y Lobo. El Dr. Moreno no es cherokee, pero un colega y amigo suyo es cherokee.
“Así es como me enteré de esos nombres”, dijo el Dr. Moreno. “Le pregunté y él consultó con los ancianos cherokees, básicamente, pidiendo permiso para que yo utilizara los nombres y ellos dijeron que sí”.
Pero el nuevo estudio no se limita a apuntalar las teorías sobre la materia oscura ni a explicar las observaciones recientes. Hace predicciones específicas sobre lo que los astrónomos observadores deberían ver a medida que sigan vigilando los cielos.
“Hacemos una predicción de que el 30% de las galaxias masivas deberían tener al menos un satélite sin materia oscura”, dijo el Dr. Moreno. “Hace unas semanas, lanzamos el JWST, el telescopio espacial James Webb, y ese es un instrumento ideal para que la gente vaya a mirar alrededor de otras galaxias masivas y ver si pueden encontrar satélites como este”.
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