Hubble traza materia oscura siguiendo movimientos estelares

Observaciones con el telescopio espacial Hubble que abarcan 18 años han permitido rastrear la materia oscura en la galaxia enana Draco, a 250.000 años luz de la Tierra, usando movimientos estelares.

Las cualidades y el comportamiento de la materia oscura, el "pegamento" invisible del universo, siguen envueltos en misterio.

Aunque las galaxias están formadas en su mayor parte por materia oscura, comprender cómo se distribuye dentro de una galaxia ofrece pistas sobre qué es esta sustancia y cuál es su relevancia para la evolución de una galaxia.

Aunque las simulaciones por ordenador sugieren que la materia oscura debería acumularse en el centro de una galaxia, llamado cúspide de densidad, muchas observaciones telescópicas anteriores han indicado que, en cambio, está más uniformemente dispersa por toda la galaxia. La razón de esta tensión entre el modelo y la observación sigue desconcertando a los astrónomos, lo que refuerza el misterio de la materia oscura.

"Nuestros modelos tienden a concordar más con una estructura tipo cúspide, que se alinea con los modelos cosmológicos", dijo en un comunicado Eduardo Vitral, del Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore y autor principal del nuevo estudio. "Si bien no podemos decir definitivamente que todas las galaxias contienen una distribución de materia oscura tipo cúspide, es emocionante tener datos tan bien medidos que superan todo lo que hemos tenido antes".

Para aprender sobre la materia oscura dentro de una galaxia, los científicos pueden observar sus estrellas y sus movimientos que están dominados por la atracción de la materia oscura. Un enfoque común para medir la velocidad de los objetos que se mueven en el espacio es mediante el Efecto Doppler, un cambio observado en la longitud de onda de la luz si una estrella se acerca o se aleja de la Tierra. Aunque esta velocidad de línea de visión puede proporcionar información valiosa, solo se puede obtener cierta información de esta fuente unidimensional de información.

Además de acercarse o alejarse de nosotros, las estrellas también se mueven a través del cielo, medido como su movimiento propio. Al combinar la velocidad de la línea de visión con los movimientos propios, el equipo creó un análisis sin precedentes de los movimientos tridimensionales de las estrellas.

"Las mejoras en los datos y las mejoras en el modelado suelen ir de la mano", explicó Roeland van der Marel de STScI, coautor del artículo que inició el estudio hace más de 10 años. "Si no se dispone de datos muy sofisticados o sólo de datos unidimensionales, a menudo se pueden utilizar modelos relativamente sencillos. Cuanto más dimensiones y complejidad de los datos se recopilen, más complejos deben ser los modelos para captar verdaderamente todas las sutilezas de los datos".

Como se sabe que las galaxias enanas tienen una mayor proporción de contenido de materia oscura que otros tipos de galaxias, el equipo se centró en la galaxia enana Draco, que es un satélite relativamente pequeño y esferoidal cercano a la Vía Láctea.

"Cuando se miden los movimientos propios, se anota la posición de una estrella en una época y luego, muchos años después, se mide la posición de esa misma estrella. Se mide el desplazamiento para determinar cuánto se movió", explicó Sangmo Tony Sohn, del STScI, otro coautor del artículo e investigador principal del último programa de observación. "Para este tipo de observación, cuanto más se espera, mejor se puede medir el desplazamiento de las estrellas".

El equipo analizó una serie de épocas que abarcan desde 2004 hasta 2022, una extensa línea de base que solo el Hubble podía ofrecer, debido a la combinación de su visión nítida y estable y un tiempo récord en funcionamiento. El rico archivo de datos del telescopio ayudó a reducir el nivel de incertidumbre en la medición de los movimientos propios de las estrellas. La precisión es equivalente a medir un desplazamiento anual un poco menor que el ancho de una pelota de golf vista en la Luna desde la Tierra.

Con tres dimensiones de datos, el equipo redujo la cantidad de suposiciones aplicadas en estudios anteriores y consideró características específicas de la galaxia, como su rotación y la distribución de sus estrellas y materia oscura, en sus propios esfuerzos de modelado.

Las metodologías y modelos desarrollados para la galaxia enana Draco se pueden aplicar a otras galaxias en el futuro. El equipo ya está analizando las observaciones del Hubble de la galaxia enana Escultor y la galaxia enana Osa Menor.

El estudio de la materia oscura requiere la observación de diferentes entornos galácticos y también implica la colaboración entre diferentes misiones de telescopios espaciales. Por ejemplo, el próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA ayudará a revelar nuevos detalles de las propiedades de la materia oscura entre diferentes galaxias gracias a su capacidad para estudiar grandes franjas del cielo.