A finales de junio de 2023, en un tren matutino que se dirigía al trabajo en la ciudad de Nueva York, David Hendel estaba hojeando un artículo reciente de astronomía en su teléfono cuando una imagen de media página llamó su atención.
La imagen, capturada un año antes por el Telescopio Espacial Hubble, mostraba a UGC 9050-Dw1, una galaxia enana a unos 115 millones de años luz de la Tierra. Parecía poco más que una mancha tenue y difusa de luz blanca azulada que los astrónomos llaman galaxia ultradifusa: un tipo de galaxia tan escasamente poblada de estrellas que se cree que la mayor parte de su masa es materia oscura, la sustancia invisible que constituye más del 80% de la materia del universo pero que aún no ha sido detectada directamente.
Lo que hizo que Hendel se detuviera no fue la galaxia en sí, sino una delgada y frágil cinta de estrellas que se alejaba de ella, tan tenue que casi desaparecía entre las otras manchas de luz que llenaban el encuadre. Hendel, un ex astrónomo que había estudiado miles de estructuras similares, reconoció de inmediato la sutil interacción de las características del arco, incluido el color compartido de las estrellas y su trayectoria curva que apunta hacia un pequeño nudo brillante a lo largo de su trayectoria. Juntas, esas pistas coincidían con una corriente estelar que se desprendía de una bola apretada de estrellas llamada cúmulo globular, desgarrada por la gravedad de UGC 9050-Dw1.
Si la lectura de Hendel fuera correcta, sería la primera corriente de este tipo encontrada fuera de la Vía Láctea.
“Casi parecía demasiado bueno para ser verdad”, dijo Hendel a Space.com. “En ese momento sentí la emoción de un descubrimiento hasta tal punto que recuerdo mirar hacia arriba y alrededor del tren en busca de alguien a quien contarle”.
te puede gustar
Este descubrimiento daría a los investigadores un nuevo laboratorio prístino para sondear la materia oscura y uno mucho menos contaminado por fuerzas astrofísicas en competencia que enturbian búsquedas similares dentro de nuestra propia galaxia. Hendel, que ahora trabaja en finanzas pero aún sigue investigando en su campo anterior, realizó una búsqueda rápida en la literatura para ver si alguien ya había documentado esta característica. Nadie lo había hecho.
Por supuesto, la persona adecuada para decírselo no estaba en el tren. Antes de llegar a su parada, Hendel tomó una captura de pantalla, dibujó un círculo aproximado alrededor del arco y se lo envió a Sarah Pearson, profesora asociada de astrofísica en el DTU Space de la Universidad Técnica de Dinamarca, y su amiga desde sus días de posgrado en la Universidad de Columbia.
Ese mensaje inició el esfuerzo de colaboración que finalmente confirmaría el hallazgo, dirigido por Pearson y Julie Kiel Holm, Ph.D. estudiante del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, Dinamarca.
El artículo del equipo le da a la corriente el nombre de Oyashio (pronunciado “oh-yah-shee-oh”), que en japonés significa corriente fría del Pacífico, siguiendo la tradición de nombrar estos débiles rastros estelares en honor a cuerpos de agua en lenguas indígenas para honrar a culturas de todo el mundo con largas tradiciones astronómicas, incluidas Australia, Chile e India.
Dentro de la Vía Láctea, los astrónomos han identificado hasta ahora aproximadamente 100 candidatos a corrientes estelares desprendidas por cúmulos globulares, pero encontrar uno alrededor de otra galaxia es extraordinariamente raro. Las corrientes que se forman cuando se desgarra toda una galaxia enana son relativamente fáciles de detectar, ya que emergen en las escasas afueras de una galaxia más grande. Pero las corrientes de cúmulos globulares se forman en lo profundo de su galaxia anfitriona, donde son arrastradas por la luz estelar más brillante y poblada. La detección de Oyashio fue posible en parte porque la ya escasa población estelar de UGC 9050-Dw1 significó que un fondo más tenue le dio a la corriente el contraste suficiente para ser vista, dijo Holm a Space.com.
Qué leer a continuación
El descubrimiento de Oyashio es “un paso adelante muy emocionante”, dijo a Space.com Emily Cunningham, profesora asistente de la Universidad de Boston que estudia las corrientes estelares y los halos de materia oscura y que no participó en el nuevo estudio. “Usando técnicas como las descritas en este artículo, detectaremos muchas más corrientes alrededor de otras galaxias con próximas observaciones desde instalaciones como el Observatorio Vera Rubin y el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace”.
Según los investigadores, un catálogo suficientemente grande de tales corrientes en diferentes entornos galácticos les permitiría descubrir las perturbaciones más sutiles que se predice que causará la materia oscura en las escalas más pequeñas.
“Esta es una de las vías más prometedoras para nuevas limitaciones astrofísicas sobre la naturaleza de la materia oscura”, afirmó Hendel.
¡Nada de Eureka! momento
UGC 9050-Dw1 se identificó por primera vez en 2017 en imágenes tomadas por el Telescopio Canadá-Francia-Hawái en la cima de Mauna Kea en Hawái, como parte de un estudio de galaxias enanas difusas. Un estudio de seguimiento realizado en 2023, basándose en las mismas imágenes del Hubble en las que Hendel detectó más tarde Oyashio, catalogó una población “excepcionalmente alta” de cúmulos globulares cerca de la galaxia. Sus autores concluyeron que UGC 9050-Dw1 probablemente se formó a partir de la fusión de dos galaxias de tamaño comparable hace aproximadamente 10 mil millones de años, una de ellas lo suficientemente suave como para que el gas de ambas sobreviviera y provocara una explosión de formación estelar, lo que también explicaría el color uniforme de los cúmulos. Ese estudio de 2023 no marcó a Oyashio.
En el nuevo estudio, Holm y sus colegas recuperaron Oyashio de forma independiente en datos de archivo tanto del Hubble como del Telescopio Canadá-Francia-Hawái, descartando la posibilidad de que fuera un artefacto de imágenes del telescopio o procesamiento de datos posterior.
Luego, el equipo realizó miles de simulaciones, probando qué combinaciones de propiedades de cúmulos globulares y distribuciones de materia oscura podrían reproducir el brillo y la forma observados de la corriente. Los modelos que mejor se ajustan produjeron nuevas estimaciones de la masa total de UGC 9050-Dw1 y de cómo esa masa se distribuye a lo largo de ella, lo que sugiere que la galaxia alberga mucha más materia oscura de lo que implicaría su escasa población estelar, en consonancia con las expectativas para una galaxia tan difusa.
En el estudio, el equipo también sopesa una variedad de explicaciones alternativas y expone por qué ninguna se ajusta a la evidencia. El arco podría ser, por ejemplo, una alineación casual de estrellas no relacionadas, el producto de una lente gravitacional de una galaxia de fondo o una región polvorienta que imita la forma de una corriente. Ninguno de esos escenarios, dice el equipo, explica por sí solo las piezas clave de evidencia, principalmente el color consistente de las estrellas, su alineación a lo largo de una única trayectoria curva y la conexión de esa trayectoria con lo que parece ser el progenitor del cúmulo globular.
“Fue un proceso interesante en el sentido de que no hubo un momento específico en el que pensáramos: ‘Está bien, ahora sabemos qué es'”, dijo Holm a Space.com. “Comenzamos con la suposición de que con sólo mirarlo, parece que podría ser algo. ¿De cuántas maneras diferentes podemos intentar demostrar que no puede serlo?”
Aún así, en aras del rigor, el equipo reconoce que no puede excluir por completo todas las explicaciones alternativas. “Todavía existe la posibilidad de que algunas estrellas simplemente caigan aleatoriamente en este patrón”, dijo Holm, “pero nuevamente… para que todas estas cosas se alineen tan bien como lo hacen se requeriría mucha coincidencia”.
Pistas de materia oscura
La recompensa de esa precaución reside en lo que Oyashio puede revelar sobre el andamiaje invisible del universo. A medida que un cúmulo globular se fragmenta a lo largo de miles de millones de años, las estrellas que arroja se abren en abanico a lo largo de su órbita anterior en lugar de dispersarse al azar, preservando, de hecho, un registro prístino de las fuerzas gravitacionales que las formaron. Si un grupo de materia oscura demasiado pequeño para albergar estrellas propias (un “subhalo”, en el lenguaje de la teoría de la materia oscura fría) pasa a través de esa corriente, su gravedad puede desviar la corriente de estrellas de su curso y crear una brecha.
“Las corrientes que se forman a partir de cúmulos globulares son particularmente sensibles a estas perturbaciones”, dijo Cunningham.
El desafío consiste en aislar la causa, y una sola corriente no es suficiente para sacar conclusiones firmes sobre el proceso astrofísico responsable. Dentro de la Vía Láctea, cualquier perturbación en una corriente de estrellas podría fácilmente provenir de la barra central de estrellas de la galaxia o de galaxias enanas cercanas que caen en la Vía Láctea, como las Nubes de Magallanes. UGC 9050-Dw1 no tiene ninguna de esas características, por lo que cualquier brecha encontrada en Oyashio sería una firma más confiable de la materia oscura en funcionamiento, dijo Holm.
“Si se observa una brecha en una sola corriente, es muy difícil decir con certeza qué proceso astrofísico es el responsable”, dijo Cunningham. “Sin embargo, si podemos reunir una muestra suficientemente grande de corrientes en diferentes entornos galácticos, podremos empezar a desentrañar estos efectos”.
“Para ello, necesitamos mirar más allá de la Vía Láctea”, añadió.
Los nuevos instrumentos que estén en línea podrían ayudar a lograr precisamente eso. Los astrónomos están particularmente emocionados por el lanzamiento del Telescopio Espacial Romano Nancy Grace, programado para el 30 de agosto desde el Centro Espacial Kennedy en Florida, que tiene un campo de visión al menos 100 veces mayor que el del Hubble. Según la NASA, en su misión principal de cinco años, con una posible extensión de cinco años, se espera que Roman mida la luz de mil millones de galaxias.
“Básicamente, se podría hacer este tipo de investigación en diferentes galaxias a la vez con la misma exposición”, dijo Holm. Espera que Roman, junto con el telescopio espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea, lanzado en 2023, encuentre más galaxias como Oyashio, “para que podamos comenzar a armar una imagen más generalizada de cómo funcionan estas cosas y qué pueden decirnos”.
Algunos de esos descubrimientos podrían incluso salir a la luz como lo hizo Oyashio, como producto de pura curiosidad científica aplicada a datos que ya se encuentran en un archivo. Hendel dijo que leyó el artículo de 2023 principalmente porque estaba intrigado por la conclusión del equipo de que UGC 9050-Dw1 probablemente se formó a través de una fusión de galaxias enanas. “Al abrirlo no tenía otro objetivo que satisfacer mi curiosidad”, dijo.
El hecho de que haya podido detectar una característica rara escondida dentro de una imagen recopilada para un proyecto de investigación completamente diferente habla del valor de la práctica de larga data de la comunidad científica de hacer que los datos estén disponibles públicamente, dijo Holm.
“Cualquiera puede tener otra idea y encontrar algo también interesante con los mismos datos que no sabía que estaban escondidos en él”, dijo Holm. “Creo que eso también es una parte realmente interesante de esto”.
El artículo del equipo fue publicado el 12 de agosto en la revista Nature.