Menos materia oscura en las galaxias de antaño

Las galaxias del universo joven tenían menos materia oscura que las actuales y por eso giraban más despacio (a la derecha) hacia sus bordes que hoy [ESO/L. Calçada]. 

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Universo oscuro Universo oscuro Abr/Jun 2016 Nº 84

¿De qué está hecho el 95 por ciento del cosmos?Hace años que los físicos saben que todos los átomos y toda la luz que existen el universo apenas dan cuenta del 5 por ciento de su contenido total de materia y energía. El 95 por ciento restante se compone de dos misteriosos agentes que, a falta de un nombre mejor, han dado en llamarse «materia oscura» y «energía oscura». Dominan el cosmos, pero ¿cuál es su naturaleza? En este número podrás encontrar una panorámica clara y rigurosa del estado actual de dos líneas de investigación que, casi como ninguna otra, evidencian lo mucho que aún nos queda por aprender sobre el universo y las leyes fundamentales que lo rigen.

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Un grupo internacional de investigadores del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre ha logrado un descubrimiento asombroso observando galaxias muy lejanas y, por lo tanto, habida cuenta de que la velocidad de la luz es finita, muy antiguas, de cuando la formación de estrellas había alcanzado su punto máximo, hará unos diez mil millones de años. Resulta que tenían mucha menos materia oscura que las galaxias actuales. Así, al contrario que en estas, es la materia ordinaria, la bariónica de que están hechas las estrellas y las masas de gas, la que determina su velocidad de rotación alrededor de sí mismas. Para los modelos de formación y desarrollo de las galaxias saber esto es de una importancia decisiva.

Mientras que es posible observar la materia bariónica, en la forma de un gas brillante o de estrellas ardientes, la materia oscura, de ahí su nombre, es invisible. Se deja sentir solo por su gravedad, que hace que su curva de rotación, la velocidad a la que gira en función de su distancia al centro de la galaxia, es plana, es decir, las estrellas del disco giran alrededor del centro a la misma velocidad estén en el borde la galaxia o más en su interior. Si solo hubiese materia bariónica, la curva de rotación caería a medida que aumentase el radio; las etrellas más externas se moverían más despacio.

El equipo de investigadores del astrofísico Reinhard Genzel ha observado galaxias de cuando solo habían pasado unos cuatro mil millones de años desde la Gran Explosión con los instrumentos KMOS y SINFONI del Telescopio Muy Grande del Observatorio Europeo del Sur (ESO) en Chile. Tomaron con ellos los espectros de seis galaxias de masa elevada y con una abundante creación de estrellas, y estudiaron sus velocidades de rotación. Así han determinado que las partes más exteriores de estas galaxias remotas, al contrario que las de las galaxias espirales más cercanas, rotan más despacio. Un hallazgo asombroso, del que Genzel da dos explicaciones: «Según una de ellas, la materia normal era muy dominante en aquellas galaxias tempranas de gran masa, y la materia oscura desempeñaba un papel menor que en nuestro universo local. Según la segunda, aquellas galaxias espirales eran mucho más turbulentas que las galaxias espirales que vemos en nuestra vecindad cómica. Esa turbulencia contribuía a la estabilidad dinámica, así que no tenían que girar demasiado deprisa».

Cuanto más en el pasado de nuestro universo se mira, mayores parecen ser ambos efectos. El gas hacía ya entre tres mil y cuatro mil millones de años que se había juntado en la forma de galaxias compactas,y había interaccionado con el entorno no solo por medio de la gravedad sino de otras fuerzas, y había perdido con ello energía deprisa. Los halos circundantes de materia oscura se habían por eso adensado mucho más despacio, por lo cual su efecto dominante en la rotación galáctica solo ha sido patente en las galaxias actuales.

Esta interpretación viene apoyada por la observación, que muestra que las galaxias del universo temprano eran claramente más compactas que las actuales y contenían más gas que nuestras cercanías cósmicas.

Los modelos detallados muestran lo grande que es el influjo de la masa invisible: la materia oscura comprende cerca de la mitad de la masa total de todas las galaxias. Para las seis galaxias del universo joven la proporción, según estos investigadores, está entre el 0 y el 21 por ciento, y lo demás es estrellas y gas de materia ordinaria. Una muestra de 97 galaxias lejanas, que evolucionarían hasta convertirse en espirales después del momento en que las han captado los investigadores, respalda ese resultado. Como los datos observacionales de otras galaxias no bastaban para las mediciones individuales, se recurrió a un método nuevo para «juntar» las galaxias. Las curvas de rotación obtenidas así muestran también una caída de la velocidad a medida que se está más lejos del centro galáctico y más cerca del borde, lo que indica de nuevo una menor influencia de la materia oscura.

El trabajo de los investigadores aporta indicios decisivos acerca de los principales procesos físicos que intervinieron en la formación de las galaxias. Y arroja nueva luz sobre la cuestión de cómo se llegó desde un amorfo montón de estrellas y gas en el universo primitivo hasta una hermosa galaxia espiral como la Vía Láctea.

Más información en Nature.

Fuente: spektrum.de/ Paul Heeren

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