Materia Oscura "Desaparecida" en una Galaxia muy, muy Lejana

Según informa el Observatorio Gemini en phys.org, en marzo de 2018:

Las galaxias y la materia oscura van de la mano; normalmente no se encuentra una sin la otra. Por eso, cuando los investigadores descubrieron una galaxia, conocida como NGC1052-DF2, que carece casi por completo de esta materia, quedaron sorprendidos.

"Encontrar una galaxia sin materia oscura es inesperado porque esta sustancia invisible y misteriosa es el aspecto más dominante de cualquier galaxia", afirma el autor principal, Pieter van Dokkum, de la Universidad de Yale. "Durante décadas, pensamos que las galaxias comienzan su vida como manchas de materia oscura. Después ocurre todo lo demás: el gas cae en los halos de materia oscura, el gas se convierte en estrellas, éstas se acumulan lentamente, y entonces acabas teniendo galaxias como la Vía Láctea". NGC1052-DF2 desafía las ideas estándar de cómo creemos que se forman las galaxias".

La investigación, publicada en el número del 29 de marzo de la revista Nature, reunió datos de los observatorios Gemini North y W. M. Keck, ambos en Mauna Kea (Hawái), del telescopio espacial Hubble y de otros telescopios de todo el mundo.

Dado su gran tamaño y su aspecto tenue, los astrónomos clasifican NGC1052-DF2 como una galaxia ultradifusa, un tipo de galaxia relativamente nuevo que se descubrió por primera vez en 2015. Las galaxias ultradifusas son sorprendentemente comunes. Sin embargo, ninguna otra galaxia de este tipo descubierta hasta ahora está tan carente de materia oscura.

"NGC1052-DF2 es una rareza, incluso entre esta clase inusual de galaxias", afirma Shany Danieli, estudiante de posgrado de la Universidad de Yale que forma parte del equipo.

Para profundizar aún más en esta galaxia única, el equipo utilizó el espectrógrafo multiobjeto Gemini (GMOS) para capturar imágenes detalladas de NGC1052-DF2, evaluar su estructura y confirmar que la galaxia no presentaba signos de interacción con otras galaxias.

"Sin las imágenes de Gemini que diseccionan la morfología de la galaxia nos habría faltado contexto para el resto de los datos", dijo Danieli. "Además, la confirmación de Gemini de que NGC1052-DF2 no está actualmente interactuando con otra galaxia, nos ayudará a responder a preguntas sobre las condiciones que rodean su nacimiento".

Van Dokkum y su equipo detectaron por primera vez NGC1052-DF2 con el Dragonfly Telephoto Array, un telescopio construido a medida en Nuevo México, el cual fue diseñado para encontrar estas galaxias fantasmales. NGC1052-DF2 destacó con un fuerte contraste cuando se compararon las imágenes del Dragonfly Telephoto Array con las del Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Las imágenes del Dragonfly muestran un objeto débil en forma de mancha, mientras que los datos del SDSS revelan una colección de fuentes puntuales relativamente brillantes.

Además de las observaciones de Gemini, para evaluar esta inconsistencia, el equipo diseccionó la luz de varias de las fuentes brillantes dentro de NGC1052-DF2 utilizando el Espectrógrafo de Imágenes Profundas Multi-Objeto (DEIMOS) y el Espectrómetro de Imágenes de Baja Resolución (LRIS) de Keck, identificando 10 cúmulos globulares. Estos cúmulos son grandes grupos compactos de estrellas que orbitan alrededor del núcleo galáctico.

Los datos espectrales obtenidos en los telescopios Keck revelaron que los cúmulos globulares se movían mucho más lentamente de lo esperado. Cuanto más lento se mueven los objetos de un sistema, menos masa hay en él. Los cálculos del equipo muestran que toda la masa de la galaxia podría atribuirse a la masa de las estrellas, lo que significa que casi no hay materia oscura en NGC1052-DF2.

"Si hay materia oscura, es muy poca", explicó van Dokkum. "Las estrellas de la galaxia pueden dar cuenta de toda la masa, y no parece haber espacio para la materia oscura".

"Keck se encuentra en un grupo muy pequeño de telescopios que podrían incluso intentar estas observaciones, porque se necesita un gran telescopio para medir estas velocidades precisas", añadió van Dokkum. "Keck también tiene algunos de los mejores espectrógrafos del mundo para medir las velocidades de los objetos débiles. Tuvimos la oportunidad de comprobar y asegurarnos de que obteníamos el mismo resultado dentro de las incertidumbres, y eso nos dio la confianza de que estábamos haciendo las cosas bien".

Los resultados del equipo demuestran que la materia oscura es separable de las galaxias. "Este descubrimiento demuestra que la materia oscura es real: tiene su propia existencia separada de otros componentes de las galaxias", afirma van Dokkum.

Los cúmulos globulares y la estructura atípica de NGC1052-DF2 han dejado perplejos a los astrónomos que intentan determinar las condiciones en las que se formó esta galaxia.

"Es como si tomaras una galaxia y sólo tuvieras el halo estelar y los cúmulos globulares, y de alguna manera se olvidara de hacer todo lo demás", dijo van Dokkum. "No hay ninguna teoría que predijera este tipo de galaxias. La galaxia es un completo misterio, ya que todo en ella es extraño. Cómo se forma una de estas cosas es completamente desconocido".

Sin embargo, los investigadores tienen algunas ideas. NGC1052-DF2 reside a unos 65 millones de años luz de distancia en un conjunto de galaxias que está dominado por la gigantesca galaxia elíptica NGC 1052. La formación de las galaxias es turbulenta y violenta, y van Dokkum sugiere que el crecimiento de la incipiente galaxia masiva hace miles de millones de años tal vez desempeñó un papel en la deficiencia de materia oscura de NGC1052-DF2.

Otra idea es que un acontecimiento cataclísmico dentro de la extraña galaxia, como el nacimiento de una miríada de estrellas masivas, haya barrido todo el gas y la materia oscura, deteniendo la formación de estrellas.

Sin embargo, estas posibilidades son especulativas y no explican todas las características de la galaxia observada, añaden los investigadores.

El equipo continúa la búsqueda de más galaxias deficientes en materia oscura. Están analizando las imágenes del Hubble de otras 23 galaxias difusas. Tres de ellas parecen compartir similitudes con NGC1052-DF2, que van Dokkum planea seguir en los próximos meses en el Observatorio Keck.

"Todas las galaxias que conocíamos hasta ahora tienen materia oscura, y todas caen en categorías familiares como las galaxias espirales o elípticas", dijo van Dokkum. "Pero, ¿qué obtendríamos si no hubiera materia oscura en absoluto? Tal vez esto es lo que se obtendría".

Artículo: Dark Matter "missing" in a Galaxy Far, Far Away