Las observaciones de galaxias distantes arrojan un nuevo misterio para la materia oscura
Según el equipo, esto podría indicar que nuestra comprensión de la gravedad es errónea.
El estudio utilizó lentes gravitacionales para inferir la masa.
Crédito de la imagen: NASA; ESA; J. Rigby (Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA); y K. Sharon (Instituto Kavli de Física Cosmológica, Universidad de Chicago) vía Flickr (CC BY 2.0)
Las observaciones de las lentes gravitacionales de las galaxias han arrojado un nuevo misterio para nuestra mejor comprensión de la cosmología; Cómo se mantienen unidas las galaxias gracias a la materia oscura.
En 1933, el astrónomo suizo Fritz Zwicky estudió el cúmulo de coma (un gran cúmulo de galaxias de más de 20 millones de años luz de diámetro que contiene miles de galaxias) y encontró algo bastante extraño. Las galaxias dentro del cúmulo se movían a velocidades tan altas que deberían alejarse unas de otras, dada la cantidad de masa visible dentro de las galaxias y del cúmulo. Planteó la hipótesis de que la región debe contener una gran cantidad de "Dunkle Materie" (materia oscura) para mantener estable el cúmulo.
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Un trabajo adicional, realizado por Vera Rubin y Kent Ford, trazó las velocidades de las estrellas dentro de las galaxias espirales observando el cambio en las longitudes de onda de la luz a medida que se acercan y se alejan de nosotros. Encontraron el mismo fenómeno extraño que Zwicky y muchas, muchas observaciones desde entonces. Las estrellas en los bordes escasamente poblados de las galaxias espirales se movían tan rápido como las estrellas hacia sus centros galácticos.
Los físicos concluyeron en gran medida (aunque hay otras ideas disponibles) que hay una sustancia misteriosa en estas galaxias y cúmulos de galaxias conocida como "materia oscura" que no emite, refleja ni absorbe luz, y sólo interactúa con la materia normal a través de la gravedad. Es más, debería haber aproximadamente cinco veces más en el universo observable que la materia normal que forma las estrellas, los planetas, el polvo y todo lo que disfrutamos.
Pero casi un siglo después de que se propuso por primera vez, todavía no sabemos qué es. En un nuevo estudio, un equipo de científicos de la Universidad Case Western Reserve ha encontrado observaciones desconcertantes que podrían suponer un nuevo obstáculo para los modelos de materia oscura. El equipo examinó un catálogo de 130.000 galaxias y analizó en qué medida una galaxia en primer plano tenía lentes gravitacionales sobre las galaxias en segundo plano. Aquí es donde los objetos con gran masa doblan el espacio-tiempo, haciendo que la luz se doble alrededor de ellos.
Si la rápida rotación observada de las estrellas en los bordes de las galaxias es el resultado de la materia oscura acumulada en su interior, deberíamos esperar que el halo de materia oscura caiga a cierta distancia del centro galáctico. Sin embargo, el equipo descubrió que la curvatura de la luz continuaba a distancias mucho mayores de lo que esperarían los modelos de materia oscura.
"Las curvas de velocidad circular son consistentes con cientos de kiloparsecs", explica el equipo en su artículo, "quizás incluso 1 Mpc, sin signos de haber alcanzado el borde del halo DM".
Las observaciones suponen un desafío para los modelos existentes, que esperarían una caída en las velocidades de las estrellas en órbita a medida que se alejan del centro galáctico. Según el equipo, una estrella situada en estas regiones más alejadas mostraría las mismas velocidades planas que las estrellas en el borde galáctico visible.
Según el equipo, es posible que las observaciones sugieran que los halos de materia oscura se extienden mucho más allá de lo que pensábamos. Alternativamente, si se confirma o se descubre que el efecto se extiende aún más, podría indicar que a nuestra comprensión de la gravedad le falta algo.
"Las implicaciones de este descubrimiento son profundas", dijo en un comunicado Stacy McGaugh, profesora y directora de astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias. “No sólo podría redefinir nuestra comprensión de la materia oscura, sino que también nos invita a explorar teorías alternativas de la gravedad, desafiando el tejido mismo de la astrofísica moderna. "
Existen alternativas a la cosmología de la materia oscura, incluida la dinámica newtoniana modificada (MOND). En MOND, la extraña rotación de las galaxias se explica por las modificaciones de la gravedad que experimentan los objetos con muy baja aceleración, como los que se encuentran en los bordes de las galaxias. Cuando la aceleración gravitacional es lo suficientemente pequeña, se produce un comportamiento gravitacional diferente.
La materia oscura sigue siendo la explicación preferida por la mayoría de los físicos, con la ventaja de que permite a los científicos hacer predicciones sobre el universo y los objetos que lo componen, algo que MOND aún no ha podido hacer. Su explicación también se ve cuestionada por la existencia del cúmulo de balas, una colisión entre dos cúmulos de galaxias que muestra una distribución de masa consistente con los modelos de materia oscura.
Sin embargo, se trata de un conjunto interesante de observaciones que requiere mayor atención e investigación. Quizás los halos de materia oscura se extiendan más allá de lo que pensábamos, o nuestra comprensión de la gravedad sea incorrecta. Afortunadamente, pronto podremos obtener una imagen más completa a medida que la misión Euclid de la Agencia Espacial Europea mapee la estructura a gran escala del Universo.
El estudio se publica en Astrophysical Journal Letters.