En una galaxia muy, muy lejana, a algo más de 60 millones de años luz de la Vía Láctea, los científicos se han topado con una auténtica sorpresa. La conocida como NGC1052-DF2, o simplemente DF2, no parece albergar apenas restos de materia oscura, la misteriosa forma de la materia que no emite radiación y que compone el 26% del universo. Su hallazgo, publicado hoy en la revista Nature, es un importante rompecabezas: hasta ahora, todas las galaxias de este tipo presentaban materia oscura, que ayuda a entender cómo se formaron. DF2, sin embargo, es un caso único y su descubrimiento pone en jaque buena parte de lo que sabíamos sobre el cosmos.

El equipo de astrónomos de Estados Unidos, Alemania y Canadá comenzó a estudiar esta galaxia, que había sido descubierta tiempo atrás gracias al proyecto Sloan Digital Sky Survey, mediante un telescopio llamado Dragonfly. Además de la aparente carencia de materia oscura, los investigadores descubrieron otra rareza: NGC1052-DF2 cuenta con un tamaño similar al de la Vía Láctea, pero presenta apenas una estrella por cada doscientos astros de nuestra propia galaxia.

Tras determinar la inusual naturaleza de DF2, los científicos utilizaron el Observatorio W.M. Keck y el telescopio Hubble para investigar en detalle la galaxia. Así pudieron determinar que la velocidad de los grupúsculos de estrellas era mucho más lenta de lo esperado, lo que les permitió inferir la masa de la galaxia, que equivalía esencialmente a la masa de gas y astros que presenta. En otras palabras: solo una parte de cada cuatrocientas correspondía a materia oscura, un ínfimo resultado. Además, NGC1052-DF2 tampoco cuenta con un agujero negro ni con una región densa en su centro. "Me pasé una hora viendo la fotografía del Hubble. Es sorprendente: una burbuja gigante a través de la cual puedes ver. Es posible observar las galaxias que hay detrás. Esta es literalmente una galaxia transparente", explica Pieter van Dokkum, catedrático de Astronomía de la Universidad de Yale y primer firmante del artículo.

Pruebas sobre las alternativas a la materia oscura

Sus características —en particular, su baja luminosidad— hicieron que los científicos la clasificaran como galaxia ultradifusa. Este tipo de sistemas galácticos son muy difíciles de observar por su débil apariencia. Su reducido número de estrellas se sitúa de forma muy repartida a lo largo de una gran superficie, lo que hace que sea extremadamente difícil distinguirlas del propio fondo del cielo. Esta es la razón por la que los autores del trabajo describen a DF2 como "fantasmal" en los comunicados de prensa.

De hecho, el mismo equipo de investigadores había hallado anteriormente otras galaxias ultradifusas en el Cúmulo de Coma, a 300 millones de años luz de la Tierra. Estas viejas conocidas, no obstante, seguían siendo un misterio tanto para ellos como para el resto de científicos. ¿El motivo? Algunos estudios apuntaban que las galaxias ultradifusas podían estar constituidas mayoritariamente de materia oscura, aunque se desconocía cómo se originaban exactamente. De ahí que el hallazgo publicado hoy, que contradice que estas galaxias presenten grandes cantidades de esta misteriosa materia, ponga en jaque buena parte de lo que sabíamos.

"Pensábamos que todas las galaxias estaban formadas por estrellas, gas y materia oscura mezclados de forma conjunta, pero con la materia oscura siempre dominando. Ahora parece que al menos algunas galaxias existen con muchas estrellas y gas y casi nada de materia oscura. Es bastante raro", explica Roberto Abraham, catedrático de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Toronto y uno de los autores del trabajo en Nature. "Desafía las teorías tradicionales sobre cómo creíamos que funcionaban las galaxias. Este resultado también sugiere que podría haber más de un modo de formación de galaxias", añade Pieter van Dokkum, catedrático de Astronomía de la Universidad de Yale y primer firmante del artículo.

Su hallazgo además convierte a esta intrigante galaxia en un buen "laboratorio" para probar las hipótesis que defienden alternativas a la materia oscura. Estas teorías se agrupan de forma genérica bajo las siglas MOND, que corresponden en inglés a "dinámica newtoniana modificada". Algunos investigadores piensan que, en realidad, la materia oscura no existe y la gravedad simplemente funciona de forma diferente en las escalas galácticas y cosmológicas. En ambos casos, tanto la presencia de materia oscura como la posibilidad de que las leyes de Newton funcionen de manera distinta, se trata de comprender uno de los secretos del universo más importantes. En teoría, las estrellas más alejadas del centro de una galaxia deberían girar más despacio que las más cercanas; sin embargo, en la práctica sabemos que los astros distantes van mucho más rápido de lo esperado. La anomalía sobre la velocidad de rotación de las galaxias trae de cabeza a los astrónomos desde hace décadas. Según comenta a Hipertextual el cosmólogo Dan Hooper, que no ha participado en la investigación, el descubrimiento de NGC1052-DF2 puede ayudarnos a entender mejor este problema.

Un reto para entender cómo se forman las galaxias

"Encontrar una galaxia sin materia oscura es inesperado porque esta sustancia invisible y misteriosa es la parte más dominante" de cualquiera de estos sistemas, destaca Pieter van Dokkum. "Durante décadas, pensamos que las galaxias comienzan sus vidas como gotas de materia oscura. Después de eso, todo sucede: el gas cae en los halos de materia oscura y se convierte en estrellas; se acumulan lentamente, para luego llegar a galaxias como la Vía Láctea. NGC1052-DF2 desafía las ideas estándar sobre cómo creemos que se forman las galaxias", sostiene el científico de la Universidad de Yale. En opinión de Shany Danieli, otra de las autoras del trabajo, "NGC1052-DF2 es una rareza, incluso entre la inusual clase de galaxias" a la que pertenece. Otros expertos consultados por Hipertextual, que no han participado en el estudio, coinciden en lo inusitado que resulta el hallazgo.

El catedrático de Astrofísica del University College of London (UCL), Richard Ellis, que no ha participado en el trabajo, reconoce a Hipertextual que en un primer momento no pensó que se tratara realmente de una galaxia. Sin embargo, dos factores terminaron por convencerle de que no era un clúster de estrellas, donde no hay materia oscura. Por un lado, “su masa es de 200 millones de masas solares, que es realmente muy grande para un clúster de estrellas de cualquier tipo”. Por otro, el artículo argumenta “de forma convincente” el hecho de que estamos ante “una galaxia peculiar”.

“Durante mucho tiempo se ha establecido que existen algunos sistemas con mucha materia oscura pero poco gas o estrellas, como por ejemplo ocurre en las galaxias de enanas ultradébiles. También hay sistemas que están dominados por estrellas con relativamente poca materia oscura, algo que sucede en los cúmulos globulares”, comenta el cosmólogo Dan Hooper. Según explica a Hipertextual el científico, que no ha participado en el estudio de Nature, la mayoría de los grandes sistemas están en algún punto entre estos extremos. “La Vía Láctea, por ejemplo, tiene aproximadamente veinte veces más masa en materia oscura que en estrellas”, añade.

galaxia sin materia oscura
Crédito: Gemini Observatory / NSF / AURA / W.M. Keck Observatory / Jen Miller / Joy Pollard.

Los resultados presentados en Nature son, en opinión de Dooper, “bastante novedosos”. “Podría haber algo de materia oscura en este sistema, hasta aproximadamente la mitad de su masa. Pero esto es mucho menos de lo que se encuentra la mayoría de veces”, puntualiza el jefe del Grupo de Astrofísica teórica en el Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab). “No estoy seguro de lo sorprendido que debería estar por este resultado”, admite. El experto norteamericano coincide con los autores en que estas galaxias “deberían ser raras”, pero no puede determinar “con qué frecuencia”. “Todos podemos defender que estamos hablando de un sistema extraño, como un cisne negro, pero no estoy seguro si es totalmente inesperado, como sería observar un unicornio”, explica a este medio.

Los autores especulan con que la falta de materia oscura podría deberse a un proceso de formación "turbulento y violento". Otra posible idea es que algún tipo de suceso catastrófico en su interior hubiese terminado con todo el gas y la materia oscura. Ellis no coincide con los firmantes del artículo en Nature acerca de los posibles mecanismos de origen de las galaxias. “No sabemos bien cómo encajan estos sistemas difusos, de bajo brillo, en la fotografía sobre la morfología [convencional] de las galaxias”, admite el científico británico consultado por Hipertextual. “Parece que [este tipo de galaxias] se dan en grupos más grandes, lo que nos lleva a pensar que podrían haber sido expulsadas o ampliadas por algún proceso dinámico [desconocido]”, explica, en relación al resto de grupos galácticos que se encuentran en sus alrededores, como la propia galaxia elíptica NGC 1052, en la constelación de Cetus. Sea como fuere, el descubrimiento de NGC1052-DF2, una galaxia sin rastro de materia oscura, desconcierta a los especialistas. ““Es todo un misterio”, admite Richard Ellis.