Observaciones de galaxias distantes llevadas a cabo con el VLT sugieren que estaban dominadas por materia ordinaria
Nuevas
observaciones indican que, durante la época de mayor formación de
galaxias, hace unos 10.000 millones de años, las galaxias masivas
con formación estelar estaban dominadas por materia bariónica o
"normal".
Esto choca con lo que vemos en las galaxias
actuales, en las que domina la misteriosa materia oscura.
Este
sorprendente resultado se obtuvo utilizando el VLT (Very Large
Telescope), de ESO, y sugiere que la materia oscura en el universo
temprano fue menos influyente que en la actualidad.
La investigación
se presenta en cuatro artículos científicos, uno de los cuales se
ha publicado hoy en la revista Nature.
Vemos
la materia normal como brillantes estrellas, refulgente gas y nubes
de polvo. Pero la elusiva materia
oscura no
emite, absorbe o refleja la luz y sólo puede ser observada a través
de sus efectos gravitacionales.
La presencia de materia oscura puede
explicar por qué las partes exteriores de galaxias
espirales cercanas
giran más rápido de lo que se esperaría si sólo estuvieran
compuestan por la materia normal que podemos ver directamente [1].
Ahora,
un equipo internacional de astrónomos dirigido por Reinhard Genzel,
del Instituto
Max Planck de Física Extraterrestre (Garching,
Alemania), ha utilizado los instrumentos KMOS y SINFONI,
instalados en el VLT
(Very Large Telescope) de
ESO, en Chile, [2] para
medir la rotación de seis galaxias masivas con formación estelar en
el universo distante en el momento de máxima formación de galaxias,
hace 10.000 millones de años.
Lo
que descubrieron es intrigante: a diferencia de las galaxias
espirales del universo actual, las regiones exteriores de estas
galaxias distantes parecen giran más lentamente que las regiones más
cercanas al núcleo, sugiriendo que hay menos materia oscura de lo
esperado.
"Sorprendentemente,
las velocidades de rotación no son constantes, sino que disminuyen
de dentro hacia fuera en las galaxias",
comenta Reinhard Genzel, autor principal del artículo
de Nature. "Probablemente
haya dos causas para esto. En primer lugar, la mayoría de estas
galaxias masivas tempranas está fuertemente dominada por materia
normal, por lo que la materia oscura juega un papel mucho menos
importante que en el Universo Local. En segundo lugar, estos discos
tempranos fueron mucho más turbulentos que las galaxias espirales
que vemos en nuestra vecindad cósmica".
Ambos
efectos parecen ser más marcados a medida que los astrónomos miran
más lejos y más atrás en el tiempo, en el universo temprano. Esto
sugiere que entre los 3.000 y 4.000 millones de años después
del Big
Bang,
el gas en las galaxias ya se había condensado eficientemente en
discos planos y rotantes, mientras que los halos de materia oscura
alrededor de ellos eran mucho más grandes y estaban más dispersos
hacia las zonas exteriores. Al parecer, la materia oscura necesitó
miles de millones de años más para condensarse, por lo que su
efecto dominante sólo se ve hoy en día.
Esta
explicación es consistente con las observaciones que muestran que
las primeras galaxias eran mucho más ricas en gas y más compactas
que las galaxias actuales.
Las
seis galaxias mapeadas en este estudio formaban parte de una muestra
mayor de cien discos de galaxias distantes con formación estelar
cuyas imágenes fueron obtenidas por los instrumentos KMOS y SINFONI,
instalados en el VLT
(Very Large Telescope) de
ESO, en Chile. Además de las mediciones de galaxias individuales
descritas anteriormente, se ha creado una curva de rotación promedio
combinando las señales más débiles de las demás galaxias. Esta
curva, fruto de la composición, también mostró la misma tendencia
decreciente de la velocidad a medida que se alejaban de los centros
de las galaxias. Además, dos estudios de más de 240 discos de
galaxias con formación estelar apoyan estos resultados.
Un
modelo detallado muestra que, en promedio, mientras la materia normal
suele representar aproximadamente la mitad de la masa total de todas
las galaxias, en los desplazamientos al rojo más elevados, la
materia normal domina completamente la dinámica de las galaxias.
Notas
[1]
El disco de una galaxia espiral gira en una escala temporal de
cientos de millones de años. Los núcleos de las galaxias espirales
tienen una alta concentración de estrellas, pero la densidad de
materia luminosa disminuye hacia la periferia.
Si la masa de una
galaxia estuviera formada solo por materia normal, entonces las
regiones exteriores más alejadas del centro deberían girar más
lentamente que las regiones densas del centro.
Pero las observaciones
de galaxias espirales cercanas nos muestran que sus partes internas y
externas en realidad giran, aproximadamente, a la misma velocidad.
Estas "curvas
de rotación planas"
indican que las galaxias espirales deben contener grandes cantidades
de materia no luminosa en un halo
de materia oscura que
rodea al disco galáctico.
[2]
Los datos analizados fueron obtenidos con los espectrómetros de
campo integral KMOS y SINFONI,
instalados en el VLT
(Very Large Telescope) de
ESO (Chile) en el marco de los sondeos KMOS3D y SINS/zC-SINF.
Es la
primera vez que se lleva a cabo un estudio tan completo de la
dinámica de un gran número de galaxias que abarca el intervalo de
desplazamiento al rojo de z~0,6 a 2,6, o 5.000 millones de años de
tiempo cósmico.
Comparación
de galaxias con discos en rotación en el universo temprano y en la
actualidad.
La
galaxia imaginaria de la izquierda está en el universo cercano y las
estrellas de su parte externa orbitan rápidamente debido a la
presencia de grandes cantidades de materia oscura alrededor de las
regiones centrales.
Por otra parte, las partes exteriores de la
galaxia de la derecha, que se encontraría en el universo distante y
se ve como era hace unos 10.000 millones de años, giran más
lentamente dado que la materia oscura es más difusa.
En
esta vista esquemática, el tamaño de las diferencias se ha
exagerado para ver mejor el efecto. La distribución de la materia
oscura se muestra en rojo.
Crédito: ESO/L.
Calçada
