Introducción
En 2016, los astrónomos dirigidos por Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale publicado un papel bomba afirmando el descubrimiento de una galaxia tan oscura, pero tan ancha y pesada, que debe ser casi completamente invisible. Estimaron que la galaxia, apodada Dragonfly 44, tiene un 99.99% de materia oscura.
Se produjo un acalorado debate sobre las propiedades de Dragonfly 44 que sigue sin resolverse. Mientras tanto, han aparecido más de 1,000 galaxias igualmente grandes pero débiles.
Dragonfly 44 y sus similares se conocen como galaxias ultradifusas (UDG). Si bien pueden ser tan grandes como las galaxias ordinarias más grandes, las UDG son excepcionalmente tenues, tan tenues que, en los estudios del cielo con telescopios, "es una tarea filtrar el ruido sin filtrar accidentalmente estas galaxias", dijo Paul Bennet, un astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. El brillante gas formador de estrellas que abunda en otras galaxias parece haberse desvanecido en las UDG, dejando solo un esqueleto de estrellas ancianas.
Su existencia ha causado revuelo en la teoría de la evolución galáctica, que no pudo predecirlos. “No aparecieron en las simulaciones”, dijo van Dokkum. “Tienes que hacer algo especial para hacer una galaxia así de grande y débil”.
Han surgido nuevas teorías salvajes para explicar cómo surgieron Dragonfly 44 y otros UDG. Y estas manchas gigantes de luz pueden estar proporcionando nueva evidencia de la mano invisible de la materia oscura.
demasiada materia oscura
A medida que la gravedad une grupos de gas y estrellas, sus energías y momentos combinados hacen que el mashup se infle y gire. Eventualmente emerge una galaxia.
Solo hay un problema. A medida que las galaxias giran, deberían separarse. No parecen tener suficiente masa, y por lo tanto gravedad, para mantenerse unidos. El concepto de materia oscura se inventó para proporcionar la gravedad faltante. En esta imagen, una galaxia se encuentra dentro de un conglomerado más grande de partículas no luminosas. Este "halo" de materia oscura mantiene unida a la galaxia giratoria.
Una forma de estimar la velocidad de rotación de una galaxia y, por tanto, su contenido de materia oscura, es contar sus cúmulos esféricos de estrellas. “No sabemos por qué, desde el punto de vista de la teoría”, dijo Bennet, pero el número de estos “cúmulos globulares” se correlaciona estrechamente con aquellas propiedades más difíciles de medir. En el artículo de 2016, van Dokkum contó 94 cúmulos globulares dentro de Dragonfly 44, un número que implicaba un halo de materia oscura extraordinariamente grande, a pesar de la poca materia visible que tiene la galaxia.
Nadie había visto nunca algo así. Van Dokkum y los coautores sugirieron que Dragonfly 44 podría ser una "Vía Láctea fallida": una galaxia con un halo de materia oscura del tamaño de la Vía Láctea que sufrió un evento misterioso al principio que le robó su gas formador de estrellas, dejándola con nada más que estrellas envejecidas y un halo gigante.
O sin materia oscura
El objeto atrajo el interés de otro grupo de astrónomos que argumentan que la materia oscura no existe en absoluto. Estos investigadores explican la falta de gravedad de las galaxias ajustando la ley de la gravedad de Newton, un enfoque llamado dinámica newtoniana modificada o MOND.
Según MOND, la fuerza gravitatoria modificada para cada galaxia se calcula a partir de la relación masa-luz de sus estrellas: su masa total dividida por su luminosidad. Los teóricos de MOND no especulan sobre por qué la fuerza dependería de esta proporción, pero su fórmula ad hoc coincide con las velocidades observadas de la mayoría de las galaxias, sin necesidad de invocar la materia oscura.
Cuando se supo la noticia sobre Dragonfly 44, MOND defendió stacy mcgaugh, un astrónomo de la Universidad Case Western Reserve, calculó a partir de su relación masa-luz que debería girar más lentamente de lo que indicaba la estimación inicial de van Dokkum. El cálculo MOND no parecía ajustarse a los datos.
Introducción
Pero luego, en 2019, el grupo de van Dokkum rebajó la velocidad de rotación de Dragonfly 44 utilizando datos mejorados. MOND fue reivindicado. “Dragonfly 44 es un ejemplo de cómo evolucionan estos datos para coincidir con MOND”, dijo McGaugh.
Aún así, para la mayoría de los astrónomos, que creen en la materia oscura, la velocidad de rotación más lenta solo implica que el halo de Dragonfly 44 es más pequeño de lo que pensaban. En 2020, un grupo independiente redujo aún más el halo contando dramáticamente menos cúmulos globulares, pero van Dokkum cuestiona este resultado. Aunque el tamaño del halo sigue siendo incierto, puede ser menos masivo de lo que se suponía inicialmente, lo que sugiere que, después de todo, Dragonfly 44 no es una Vía Láctea fallida.
Gran galaxia antigua
Una rareza recién descubierta ha agravado el misterio.
In un papel publicado en agosto, el grupo de van Dokkum encontró que Dragonfly 44 era extremadamente antiguo, habiéndose formado hace entre 10 mil y 13 mil millones de años.
Pero una galaxia tan antigua no debería ser tan grande como lo es Dragonfly 44. Los objetos del universo primitivo tienden a ser más compactos porque se formaron antes de la rápida expansión del universo.
Además, una galaxia tan vieja y gastada ya debería haber sido completamente destrozada. Que Dragonfly 44 se haya mantenido unido implica que, después de todo, tiene un fuerte halo de materia oscura, lo que podría restaurar la hipótesis de la "Vía Láctea fallida". “Esa es una explicación muy divertida, por eso me gusta, pero no sé si es correcta”, dijo van Dokkum.
Otra explicación, la hipótesis del “espín alto”, postula que dos pequeñas galaxias se fusionaron mientras giraban en la misma dirección, de modo que la galaxia resultante, Dragonfly 44, adquirió el momento angular de ambas. Esto hizo que girara más rápidamente, inflándose y expulsando su material de formación de estrellas.
UDG deslumbrantemente diversos
En medio del escrutinio de Dragonfly 44, los astrónomos también han catalogado una vasta y diversa colección de otras galaxias ultradifusas. Los hallazgos los obligan a concluir que las galaxias se forman de más formas de las que creían.
Algunos UDG recién descubiertos parecen carecer por completo de materia oscura. El grupo de Van Dokkum identificó una de esas galaxias en 2018, luego vio un rastro de otros cerca. Este mayo, el equipo conjeturado in Naturaleza que el rastro se formó en una colisión de dos galaxias hace mucho tiempo. La colisión ralentizó el flujo de gas de las galaxias, pero su materia oscura siguió como si nada hubiera pasado. Luego, el gas se comprimió en grupos de estrellas, formando eventualmente una cadena de galaxias libres de materia oscura.
Mientras tanto, Bennet descubrió dos UDG en 2018 que apuntan a una teoría de la formación diferente. En cada caso, las fuerzas de marea de una galaxia cercana pesada parecen haber desgarrado la UDG, inflando y robando su gas. (Esto no puede explicar Dragonfly 44, que se encuentra demasiado lejos de las galaxias pesadas).
Sorprendentemente, un papel de septiembre informaron formación estelar reciente en un UDG, contradiciendo la idea de que solo albergan estrellas viejas.
Tal rango de UDG que se ven iguales por fuera pero difieren internamente puede validar la teoría de la materia oscura sobre MOND. “Si las estrellas se mueven muy rápido en una galaxia y muy lentamente en la otra, eso es un gran problema para esas teorías alternativas”, dijo van Dokkum.
McGaugh estuvo de acuerdo en que si hay "valores atípicos genuinos" entre la población UDG, "eso es de hecho un problema para MOND". Sin embargo, agregó, "eso no hace automáticamente que la materia oscura sea una mejor interpretación".
Las respuestas definitivas requerirán nuevos telescopios. El recién operativo Telescopio Espacial James Webb ya ha detectado galaxias distantes tal como aparecían cuando se estaban formando en el universo primitivo, lo que ayudará a probar y refinar las ideas nacientes.
“La gran conclusión es que todavía no sabemos qué hay ahí fuera”, dijo van Dokkum. “Hay galaxias que no hemos descubierto que son muy grandes, están muy cerca y tienen propiedades inusuales, y no están en nuestros catálogos actuales incluso después de todas estas décadas de estudio del cielo”.
