Desde hace un tiempo colaboro con el blog de comunicación científica "Mapping Ignorance" que es una iniciativa de la Universidad del Pais Vasco bajo el proyecto "Campus of International Excellence – Euskampus." Aquí os dejo la traducción al castellano de una de esas entradas (link).
Astrofísicos de la Universidad de Yale han afirmado recientemente haber descubierto una galaxia que carece de materia oscura (1). Pero, para entender completamente (y evaluar) la emoción generada por este artículo, repasemos algunas cosas relacionadas con la materia oscura y las galaxias. En el paradigma actual de la materia oscura fría lambda-CDM (ΛCDM), la "teoría más aceptada para modelar el Universo en escalas grandes", la materia bariónica (visible) se ensambla donde la materia oscura es más densa. Por esta razón, se espera que todas las galaxias visibles residan incrustadas dentro de un halo de materia oscura. Sin embargo, se sabe desde hace algún tiempo que este no es el caso de todas las galaxias. El origen de algunas de ellas está relacionado con eventos de fusión, siendo el resultado del colapso de gas y polvo que ha sido expulsado de sistemas en fusión. Como consecuencia, las galaxias formadas de esta manera deberían carecer por completo de materia oscura. Estas galaxias se llaman "enanas de marea" (2) y no solo se han encontrado observacionalmente, sino que también son la solución para explicar, por ejemplo, por qué algunas galaxias como la Vía Láctea, M31 o Centaurus A tienen satélites (galaxias enanas) orbitando en un plano alrededor de ellas (3, aspecto que se ha utilizado previamente en contra del ΛCDM). Dicho esto, una galaxia sin materia oscura no parece tan extraña, ¿verdad?
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Figura 1: Imagen de NGC1052-DF2, composición de dos filtros, V606 y I814 a bordo del telescopio espacial Hubble. Crédito: van Dokkum et al. 2018. |
NGC1052-DF2 es un sistema galáctico tenue y extendido ubicado en proyección en el grupo de galaxias NGC1052. Un objeto tan tenue solo es observable mediante fotometría espacial (Telescopio Espacial Hubble, ver figura 1) o observaciones de campo amplio optimizadas para detectar estructuras de baja luminosidad superficial. Otras observaciones solo revelan una sobredensidad de fuentes puntiformes donde se encuentra la galaxia, una sobredensidad que se ha asociado con el sistema de cúmulos globulares de NGC1052-DF2. Un análisis de las propiedades fotométricas de la galaxia, junto con un estudio cuidadoso de cómo se mueven esos cúmulos globulares a su alrededor (ver figura 2), ha permitido al equipo de van Dokkum concluir que esta galaxia tiene una cantidad muy baja de materia oscura a su alrededor, compatible con una ausencia absoluta.
Estos hallazgos son compatibles con que NGC1052-DF2 sea i) una enana de marea, ii) consecuencia de una interacción compleja entre la materia y los vientos de cuásar, o iii) los restos de la perturbación de material que cae hacia NGC1052. Además, contrario a lo que podría esperarse, el descubrimiento de galaxias sin materia oscura respalda enérgicamente el paradigma bien establecido de ΛCDM: Las teorías alternativas como MOND (Dinámica de Newton Modificada) no podrán reproducir las propiedades de una galaxia sin materia oscura. La explicación es sencilla. En ΛCDM, puedes evitar el efecto de la materia oscura simplemente no añadiéndola, mientras que en MOND, donde la física se ha modificado para considerar el efecto de esa materia elusiva, siempre tendrás su efecto. Hasta este punto, todo parece justo e interesante. Sin embargo, afirmaciones sólidas requieren evidencias aún más sólidas, y aquí es donde este trabajo está causando gran controversia en la comunidad astrofísica.
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Figura 2: Análisis de la dispersión de velocidades de NGC1052-DF2. a) Histograma de velocidades para todas las galaxias que están más cerca de 2 grados de NGC1052 (el miembro más masivo del grupo de galaxias NGC1052). El histograma gris relleno corresponde a los 10 cúmulos globulares alrededor de NGC1052-DF2 analizados en van Dokkum et al. 2018. b) Cálculo de la dispersión de velocidades del sistema de cúmulos globulares ajustando una dispersión biweight a la distribución de velocidades. La dispersión observada es de aproximadamente 8.4 km/s, que se reduce a una dispersión intrínseca de 3.2 km/s después de tener en cuenta los errores observacionales. Crédito: van Dokkum et al. 2018. |
La idea detrás de este estudio es "simple". Por un lado, al conocer la luz emitida por el sistema, podemos obtener la masa bariónica, la cantidad de materia normal/visible que compone la galaxia y que emite esa luz. De esta manera, los autores afirman que NGC1052-DF2 tiene alrededor de 2x108 masas solares. Por otro lado, al inspeccionar cómo orbita el sistema de cúmulos globulares a su alrededor (ver figura 2), podemos inferir la cantidad total de masa, es decir, la masa que afecta los movimientos de esos cúmulos globulares, incluyendo materia bariónica y materia oscura. Al hacerlo, los autores encuentran que esta galaxia debería tener un halo de materia oscura menos masivo que 1.5x108 masas solares, compatible con tener poca o incluso ninguna materia oscura.
Sin embargo, hay aspectos sutiles pero importantes en el análisis de los autores que merecen aclaración y que están llevando a astrofísicos de todo el mundo a revisar sus resultados. En primer lugar, la derivación de la cantidad de materia bariónica en este sistema depende de su distancia. En Astronomía, todo se proyecta en la esfera celeste. Dependiendo de la distancia de los objetos, pueden ser extremadamente pequeños y estar ubicados en nuestra cercanía o ser extremadamente grandes y estar lejos de nosotros, teniendo en ambas opciones el mismo tamaño angular. Un avión y un ave se ven similares en el cielo, ¿verdad? Los autores asumen una distancia a NGC1052-DF2 de 20 megapársecs, mientras que otros estimadores de distancia (también mostrados por los autores) sugieren que el sistema está a solo 10 megapársecs de nosotros. Este factor de dos movería a NGC1052-DF2 de ser una galaxia sin materia oscura a ser una galaxia enana normal. Además, asumir una distancia de 20 megapársecs implicaría que todos los cúmulos globulares que la rodean serían similares a ω Centauri, el cúmulo globular más grande en nuestra Vía Láctea, algo que es bastante improbable. En segundo lugar, una fuente diferente de precaución proviene de la derivación de la materia oscura (materia dinámica). Para hacerlo, los autores están utilizando la cinemática de solo 10 sistemas ubicados alrededor del objetivo. El análisis de datos de una muestra tan pequeña está lleno de incertidumbres, incertidumbres que, una vez más, moverían a nuestro objetivo de ser una galaxia sin materia oscura a ser un sistema enano normal (aunque debemos admitir que en este sentido los autores hicieron un trabajo bastante completo).
Este artículo no pretende ser una crítica hacia este interesante descubrimiento, sino más bien una reflexión sobre cómo funciona la ciencia. La ciencia es un esfuerzo colaborativo en el que cada miembro contribuye con su parte. La prueba y error y el trabajo en comunidad (prestando atención a lo que otros científicos piensan sobre nuestro trabajo) son lo que ha permitido conocer lo que sabemos sobre el Universo que nos rodea. La Astronomía no es una excepción.
(1) van Dokkum, P.; Danieli, S.; Cohen, Y.; Merritt, A.; Romanowsky, A. J.; Abraham, R.; Brodie, J.; Conroy, C.; Lokhorst, D.; Mowla, L.; O'Sullivan, E.; Zhang, J. “A galaxy lacking dark matter”, Nature, Volume 555, issue 7698, pp. 629-632 (2018). DOI: 10.1038/nature25767. Link: http://adsabs.harvard.edu/abs/2018Natur.555..629V
(2) Lelli, F.; Duc, P.A.; Brinks, E.; Bournaud, F.; McGaugh, S. S.; Lisenfeld, U.; Weilbacher, P.M.; Boquien, M.; Revaz, Y.; Braine, J.; Koribalski, B.S.; Belles, P.E. “Gas dynamics in tidal dwarf galaxies: Disc formation at z = 0”, A&A, Volume 584, A113, 25 pp (2015). DOI: 10.1051/0004-6361/201526613. Link: http://adsabs.harvard.edu/abs/2015A%26A...584A.113L
(3) Ibata, R. A.; Lewis, G. F.; Conn, A. R.; Irwin, M. J.; McConnachie, A. W.; Chapman, S. C.; Collins, M. L.; Fardal, M.; Ferguson, A. M. N.; Ibata, N. G.; Mackey, A. D.; Martin, Nicolas F.; Navarro, J.; Rich, R. M.; Valls-Gabaud, D.; Widrow, L. M. “A vast, thin plane of corotating dwarf galaxies orbiting the Andromeda galaxy” Nature 493, Issue 7430, pp. 62-65. (2013) DOI: 10.1038/nature11717. Link: http://adsabs.harvard.edu/abs/2013Natur.493...62I
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