Con un descanso, los investigadores han encontrado una explicación para las galaxias pobres en materia oscura

Zoom / El punto de luz ligeramente borroso en el medio de la imagen es la galaxia DF2, dispersa de modo que otras galaxias son claramente visibles detrás de ella.

La primera evidencia de materia oscura fueron las galaxias que se comportaban como si contuvieran mucha más materia de la que podría explicarse por la masa de sus estrellas. Desde entonces, hemos encontrado muchas otras indicaciones de que el universo está lleno de materia que solo podemos inferir por el efecto de la gravedad. La evidencia original de que las galaxias de estructura de materia oscura persistieron.

Hasta ese incómodo momento de 2018 en el que nos pareció descubrir la existencia de Casi una galaxia desprovista de materia oscura. Si bien hubo dudas sobre este descubrimiento inicial, los investigadores finalmente descubrieron una segunda galaxia que era muy similar. Esto fue un problema, ya que no teníamos idea de cómo se formaron galaxias como esta.

Ahora, los investigadores han anunciado que mientras ejecutaban un modelo de formación de galaxias, aparecieron de forma natural varias galaxias pobres en materia oscura. Y al rastrear el modelo para ver cómo surgieron esas galaxias, los investigadores pueden proporcionar una explicación de estos misterios.

Unete al lado oscuro

Las galaxias y la materia oscura son difíciles de separar. Los modelos del universo primitivo sugieren que la materia oscura se fusionó en filamentos (que… descubrimos) que se encuentran en nodos que tienen una mayor densidad de materia. Estos nodos, a su vez, atrajeron la materia visible, provocando que se formaran cúmulos de galaxias a su alrededor. Estas galaxias luego fusionarán una gran cantidad de materia oscura, lo que ha dado forma a su crecimiento a través de fusiones y procesos de estructura hasta el día de hoy. Por lo tanto, es difícil entender cómo una galaxia pudo terminar con tan poca materia oscura.

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Como resultado, cuando se anunció por primera vez el descubrimiento de una galaxia aparentemente pobre en materia oscura, había muchas dudas. Gran parte de esta incertidumbre se centró en la distancia entre la galaxia y nosotros, que fue crucial para estimar su masa y, por lo tanto, su contenido de materia oscura. Pero el mismo equipo identificó una segunda galaxia que parece compartir muchas de las mismas características que la primera problemática.

Otra razón para sospechar es que no teníamos idea de cómo se formó este tipo de galaxia. Hemos modelado mucho la formación de galaxias, incluidos modelos que comenzaron antes de que se formaran los filamentos de materia oscura. Si las galaxias pobres en materia oscura fueran una parte natural de la evolución del universo, probablemente veríamos que los modelos producen una. Pero no hubo noticias de que nadie asistiera.

Entonces, nos quedan dos galaxias aparentes excéntricas. Tenemos preguntas sobre sus características reales y no hay indicios de cómo se verían. Esta no es una condición patológica.

modelo actualizado

Pero la solución puede haber venido de diferentes investigadores que intentaron hacer algo completamente diferente. Lo que estaban haciendo era modelar la evolución de las galaxias utilizando un paquete de software de última generación llamado FIRE-2 (por «Reacciones en entornos realistas»). Aunque no dicen lo que estaban tratando de ver, dicen que no eran galaxias pobres en materia oscura: «notamos que no esperábamos que esto sucediera de antemano (es decir, nuestras simulaciones no fueron diseñadas originalmente para este propósito).»

Independientemente de la intención, ejecutar el modelo produjo siete galaxias que estaban casi desprovistas de materia oscura. Los investigadores nombraron estos nombres en honor a los siete clanes Cherokee, lo que significa cosas como Blue, Deer y Wolf, pero también cosas como Long Hair y Wild Potato. Las últimas dos oraciones están configuradas para algunas oraciones inesperadas en el artículo de astronomía, como «Por ejemplo, el ave muestra colas en forma de S de bajo brillo, mientras que Long Hair parece imperturbable».

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De todos modos, lo útil aquí es que el modelo ha guardado información sobre estados intermedios, lo que significa que podemos ejecutar simulaciones en el tiempo y ver cómo estas galaxias imaginarias terminaron sin materia oscura. Pero lo que está quedando claro es que esas galaxias no comenzaron de esa manera. Los siete eran, en algún momento de la simulación, como pequeñas galaxias típicas con suplementos naturales de materia oscura.

En cambio, cada pequeña galaxia perdió su materia oscura a través de lo que se puede ver como una fusión fallida con una galaxia mucho más grande. Desde la perspectiva de las simulaciones, que se basan en métricas como la distribución de la masa dentro de una galaxia, los investigadores las definen como «encuentros cercanos». Pero desde la perspectiva de cómo se vería una fusión fallida si la fotografiamos mientras está ocurriendo, la mayoría de las estrellas de la galaxia pequeña estarían dentro de la región ocupada por las estrellas más grandes de la galaxia. En resumen, parecía que la pequeña galaxia estaba siendo tragada antes de que de alguna manera apareciera en el otro lado.

Pero la pequeña galaxia no apareció sin cambios. Si bien apareció hasta la mitad de sus estrellas, casi todo el gas y la materia oscura terminaron en la galaxia más grande.

Si las estadísticas que se muestran en este modelo son de aplicación general, podría haber muchas más galaxias deficientes en materia oscura fuera de las dos galaxias que hemos encontrado hasta ahora. El equipo de investigación estima que hasta el 30% de las galaxias masivas del universo deben orbitar cerca. Lo que suena como una invitación a observar a los astrónomos para que se pongan a trabajar y encuentren más.

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Astronomía de la Naturaleza, 2019. DOI: 10.1038 / s41550-021-01598-4 (Acerca de los DOI).

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