Nuevos datos del Hubble explican la falta de materia oscura

Esta imagen muestra el cielo alrededor de la galaxia ultra difusa NGC 1052-DF2. Fue creada a partir de imágenes que forman parte del Digitized Sky Survey 2. NGC 1052-DF2 es básicamente invisible en esta imagen. Está al suroeste de la brillante galaxia elíptica NGC 1052, que domina el campo de visión, y al este de la brillante estrella roja HD 16873. Más información.
Crédito:ESA / Hubble, NASA, Digitized Sky Survey 2. Reconocimiento: Davide de Martin.

Los nuevos datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA proporcionan más evidencia de la perturbación por mareas en la galaxia NGC 1052-DF4. Este resultado explica un hallazgo previo de que a esta galaxia le falta la mayor parte de su materia oscura. Al estudiar la distribución de los cúmulos globulares y de luz de la galaxia, los astrónomos llegaron a una conclusión. Señalan que las fuerzas de gravedad de la galaxia vecina NGC 1035 despojaron la materia oscura de NGC 1052-DF4 y ahora están destrozando la galaxia.

Dos galaxias sin Materia Oscura

En 2018, un equipo internacional de investigadores que utilizó el Telescopio Espacial Hubble y varios otros observatorios hicieron un descubrimiento. Encontraron por primera vez, una galaxia en nuestro vecindario cósmico a la que le falta la mayor parte de su materia oscura. Este descubrimiento de la galaxia NGC 1052-DF2 fue una sorpresa para los astrónomos. Esto fue porque se entendía que la materia oscura (DM) es un componente clave en los modelos actuales de formación y evolución de galaxias. De hecho, sin la presencia de DM, el gas primordial carecería de suficiente fuerza de gravedad para comenzar a colapsar y formar nuevas galaxias. Un año después, se descubrió otra galaxia que no tiene materia oscura, NGC 1052-DF4, lo que provocó intensos debates sobre la naturaleza de estos objetos.

¿Porqué falta la Materia Oscura en esas galaxias?

Ahora, se han utilizado nuevos datos del Hubble [1] para explicar la razón detrás de la falta de materia oscura en NGC 1052-DF4. La galaxia reside a 45 millones de años luz de distancia. Mireia Montes de la Universidad de Nueva Gales del Sur, Australia, dirigió un equipo internacional de astrónomos para estudiar la galaxia utilizando imágenes ópticas profundas. Descubrieron que la materia oscura que falta se puede explicar por los efectos de la perturbación por las mareas. Las fuerzas de gravedad de la vecina galaxia masiva NGC 1035 están destrozando a NGC 1052-DF4. Durante este proceso, se elimina la materia oscura, mientras que las estrellas sienten los efectos de la interacción con otra galaxia en una etapa posterior. 

Las imágenes ultra profundas del Hubble complementadas por las de los telescopios de Canarias

Hasta ahora, la eliminación de la materia oscura de esta manera ha permanecido oculta a los astrónomos. Esto se debe a que solo se puede observar utilizando imágenes extremadamente profundas que pueden revelar características extremadamente débiles. “Usamos el Hubble de dos maneras para descubrir que NGC 1052-DF4 está experimentando una interacción”, explicó Montes. «Esto incluye estudiar la luz de la galaxia y la distribución de los cúmulos globulares de la galaxia». 

Gracias a la alta resolución del Hubble, los astrónomos pudieron identificar la población de cúmulos globulares de la galaxia . El telescopio Gran Telescopio Canarias (GTC) de 10,4 metros y el telescopio IAC80 en Canarias, España, también se utilizaron. Ellos sirvieron para complementar las observaciones del Hubble mediante el estudio adicional de los datos.

“No basta con dedicar mucho tiempo a observar el objeto, sino que un tratamiento cuidadoso de los datos es vital”, explicó Raúl Infante-Sainz. Él es miembro del equipo de investigación y pertenece al Instituto de Astrofísica de Canarias en España. “Por lo tanto, era importante que utilizáramos no solo un telescopio / instrumento, sino varios (tanto terrestres como espaciales) para realizar esta investigación. Con la alta resolución del Hubble, podemos identificar los cúmulos globulares y luego con la fotometría GTC obtenemos las propiedades físicas ”.

Estudiar los cúmulos globulares permite conocer el estado actual de la galaxia

Se cree que los cúmulos globulares se forman en los episodios de intensa formación estelar que dieron forma a las galaxias. Su tamaño compacto y luminosidad los hacen fácilmente observables y, por lo tanto, son buenos trazadores de las propiedades de su galaxia anfitriona. Entonces al estudiar y caracterizar la distribución espacial de los cúmulos en NGC 1052-DF4, los astrónomos pueden desarrollar una idea del estado actual de la galaxia. La alineación de estos cúmulos sugiere que están siendo «despojados» de su galaxia anfitriona. Esto respalda la conclusión de que se está produciendo una perturbación por mareas.

Evidencia de colas de marea: indica que recién ahora la perturbación por mareas está afectando a las estrellas

Al estudiar la luz de la galaxia, los astrónomos también encontraron evidencia de colas de marea, formadas por material que se aleja de NGC1052-DF4. Esto respalda aún más la conclusión de que se trata de un evento disruptivo. Un análisis adicional concluyó que las partes centrales de la galaxia permanecen intactas. Además, que solo ∼ 7% de la masa estelar de la galaxia está alojada en estas colas de marea. Esto significa que la materia oscura, que está menos concentrada que las estrellas, fue previamente y preferentemente despojada de la galaxia. Ahora el componente estelar externo también está comenzando a ser despojado.

“El estudio nos muestra un resultado importante. Si bien la materia oscura de la galaxia se evaporó del sistema, las estrellas recién ahora están comenzando a sufrir el mecanismo de disrupción.” Esa fue la explicación del miembro del equipo Ignacio Trujillo del Instituto de Astrofísica de Canarias en España. «Con el tiempo, NGC1052-DF4 será canibalizada por el gran sistema alrededor de NGC1035, con al menos algunas de sus estrellas flotando libremente en el espacio profundo».

Conclusión

La evidencia para apoyar el mecanismo de la perturbación por mareas como explicación de la materia oscura faltante en la galaxia resolvió un enigma astronómico. Pero este descubrimiento también ha traído un suspiro de alivio a los astrónomos. Sin él, los científicos se enfrentarían a tener que revisar nuestra comprensión de las leyes de la gravedad.

“Este descubrimiento reconcilia el conocimiento existente sobre cómo se forman y evolucionan las galaxias con el modelo cosmológico más favorable”, agregó Montes.

Notas

[1] Estos resultados se obtuvieron utilizando datos de los programas GO-14644 y GO-15695 del telescopio espacial Hubble (PI: van Dokkum).

Más información

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.

El equipo internacional de astrónomos de este estudio está formado por M. Montes, R. Infante-Sainz, A. Madrigal-Aguado, J. Román, M. Monelli, AS Borlaff e I. Trujillo.

Estos resultados se han publicado en Astrophysical Journal .

Fuente: Hubble Space Telescope ESA.

Artículo original: «New Hubble Data Explains Missing Dark Matterheic2019 — Science Release. November 26, 2020.

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El caso de NGC 1052 DF2, una Galaxia desprovista de Materia Oscura.

Esta gran galaxia de aspecto difuso es tan difusa que los astrónomos la llaman galaxia “transparente” porque pueden ver claramente galaxias distantes detrás de ella. El objeto fantasmal, catalogado como NGC 1052-DF2, no tiene una región central notable, o incluso brazos en espiral y un disco, características típicas de una galaxia espiral. Pero tampoco parece una galaxia elíptica. Incluso sus cúmulos globulares son extraños: son dos veces más grandes que las agrupaciones estelares típicas observadas en otras galaxias. Todas estas rarezas palidecen en comparación con el aspecto más extraño de esta galaxia: a NGC 1052-DF2 le falta la mayor parte, si no la totalidad, de su Materia Oscura. 
Crédito: P. van Dokkum; R. Abraham; STScI, Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial.

En un desarrollo revolucionario, un equipo de astrónomos descubrió que una galaxia llamada NGC1052-DF2 con apariencia de una leve mancha, puede no tener materia oscura. Los resultados del grupo muestran que DF2 tiene menos materia oscura de lo previsto por un factor de al menos 400 . Eso es un gran problema. Los astrónomos nunca antes habían visto una galaxia como esta, y plantea preguntas interesantes sobre las galaxias y la materia oscura.

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Una galaxia gobernada solo por materia normal (izquierda) mostraría velocidades de rotación mucho más bajas en las afueras que hacia el centro. Esto es similar a cómo se mueven los planetas del Sistema Solar. Sin embargo, las observaciones indican (derecha) que las velocidades de rotación son en gran medida independientes del radio (R) del centro galáctico. Ello lleva a la inferencia de que debe estar presente una gran cantidad de materia invisible u oscura. 
Crédito: Usuario De Wikimedia Commons Ingo Berg / Forbes / E. Siegel.

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