Posible explicación para las elusivas galaxias libres de materia oscura

Algunas galaxias enanas pueden parecer hoy libres de materia oscura a pesar de que se formaron como galaxias dominadas por materia oscura en el pasado.

Es el descubrimiento que un equipo dirigido por astrónomos de la Universidad de California, Riverside, publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Las galaxias que parecen tener poca o ninguna materia oscura (material no luminoso que se cree que constituye el 85% de la materia del universo) complican la comprensión de los astrónomos sobre el contenido de materia oscura del universo. Estas galaxias, que se han encontrado recientemente en observaciones, desafían un modelo cosmológico utilizado por los astrónomos llamado Lambda Cold Dark Matter, o LCDM, donde todas las galaxias están rodeadas por un halo de materia oscura masivo y extendido.

Las galaxias libres de materia oscura no se entienden bien en la comunidad astronómica. Una forma de estudiar los posibles mecanismos de formación de estas elusivas galaxias --las galaxias ultradifusas DF2 y DF4 son ejemplos-- es encontrar objetos similares en simulaciones numéricas y estudiar su evolución temporal y las circunstancias que conducen a la pérdida de materia oscura.

Jessica Doppel, estudiante de posgrado en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California Riverside y primera autora del artículo explica que en un universo LCDM todas las galaxias deberían estar dominadas por la materia oscura.

"Ese es el desafío", dijo en un comunicado. "Encontrar análogos en las simulaciones de lo que ven los observadores es significativo y no está garantizado. Comenzar a precisar los orígenes de este tipo de objetos y sus poblaciones de cúmulos globulares, a menudo anómalas, nos permite solidificar aún más nuestro marco teórico de la materia oscura y la formación de galaxias y confirma que no se necesitan formas alternativas de materia oscura. Descubrimos que la materia oscura fría funciona bien ".

Para el estudio, los investigadores utilizaron una simulación cosmológica e hidrodinámica llamada Illustris, que ofrece un modelo de formación de galaxias que incluye evolución estelar, retroalimentación de supernovas, crecimiento de agujeros negros y fusiones.

Los investigadores encontraron que un par de "galaxias enanas" en cúmulos tenían contenido estelar, números de cúmulos globulares y masa de materia oscura similares a los de DF2 y DF4. Como sugiere su nombre, una galaxia enana es pequeña y comprende hasta varios miles de millones de estrellas. En contraste, la Vía Láctea, que tiene más de 20 galaxias enanas conocidas orbitando alrededor, tiene de 200 a 400 mil millones de estrellas. Los cúmulos globulares se utilizan a menudo para estimar el contenido de materia oscura de las galaxias, especialmente las enanas.

Los investigadores utilizaron la simulación Illustris para investigar el origen de extrañas galaxias enanas como DF2 y DF4. Encontraron análogos simulados de enanas sin materia oscura en forma de objetos que habían evolucionado dentro de los cúmulos de galaxias durante mucho tiempo y habían perdido más del 90% de su materia oscura a través de la eliminación de las mareas, es decir, la eliminación de material por las fuerzas de las marea galácticas.

"Curiosamente, el mismo mecanismo de eliminación de las mareas es capaz de explicar otras propiedades de enanas como DF2 y DF4, por ejemplo, el hecho de que son galaxias 'ultradifusas'", dijo la coautora Laura Sales, profesora asociada de física y astronomía y asesora de posgrado de Doppel.

"Nuestras simulaciones sugieren una solución combinada tanto para la estructura de estas enanas como para su bajo contenido de materia oscura. Posiblemente, la pérdida extrema de masa por marea en galaxias enanas normales es la forma en que se forman los objetos ultradifusos".