Descubierto el mecanismo que elimina la materia oscura de las galaxias.
La escasez de materia oscura en la galaxia NGC1052-DF4 ha desconcertado durante varios años a la comunidad astronómica. Ahora, un equipo de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), la Universidad de La Laguna (ULL), la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia), el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y la NASA, ha detectado el mecanismo que lo explica: mareas provocadas por la interacción gravitatoria de una galaxia cercana. El hallazgo, que se publica en la revista científica The Astrophysical Journal, reconcilia este fenómeno con los modelos de formación y evolución de galaxias aceptados.
 |
| Región alrededor de la galaxia NGC1052-DF4. Esta imagen presenta la región alrededor de la galaxia NGC 1052-DF4, tomada por el telescopio IAC80 en el Observatorio del Teide en Tenerife. La figura destaca las galaxias principales en el campo de visión, incluida NGC 1052-DF4 (centro de la imagen) y su vecina NGC 1035 (centro izquierda). Crédito: M. Montes et al. |
Los astrónomos no podían explicar esta falta de materia oscura en la galaxia NGC1052-DF4 sin romper con los modelos cosmológicos aceptados. Mientras que, en este tipo de galaxias antiguas, la masa estelar suele representar solo el 1%, con respecto a la materia oscura, en este caso se había detectado que la materia oscura representaba menos del 50%. Pero, por fin, se ha resuelto el misterio.
Los astrónomos han detectado en NGC1052-DF4 profundos cambios de distribución de la materia debidos a mareas provocadas por la interacción gravitatoria de una galaxia masiva vecina: NGC1035.
Según el reciente estudio, los sistemas galácticos masivos pueden ejercer interacción gravitatoria sobre sus galaxias vecinas, alterando profundamente su estructura hasta destruirlas.
Estas fuerzas afectan, en un primer momento, a la materia oscura, “dado que las estrellas están más concentradas y comienzan a verse afectadas más tarde, cuando prácticamente se ha eliminado la materia oscura”, explica Mireia Montes, astrofísica doctorada en el IAC que lidera la investigación desde la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia.
Lo observado es similar a lo que ocurre en la Tierra debido a las fuerzas gravitatorias que ejerce la Luna. “El mecanismo ya se conocía, pero no se había logrado observar en este tipo de galaxias, donde la densidad estelar es extremadamente baja”, apunta Ignacio Trujillo, astrofísico del IAC y uno de los responsables del trabajo.
Y esto es precisamente lo que logra el estudio: “detectar características que son 1000 veces más tenues que el cielo nocturno visible desde la Tierra, en galaxias que se encuentran a 65 millones de años luz de nosotros”, añade Trujillo.
Este tipo de investigación se conoce como “Ciencia de bajo brillo superficial” y, para obtener las imágenes, los responsables han realizado una minuciosa observación con el Telescopio Espacial Hubble, el Gran Telescopio Canarias (GTC), en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), y el IAC-80, del Observatorio del Teide (Izaña, Tenerife). Pero no de la manera tradicional.
 |
| El Gran Telescopio Canarias (GTC), en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). Crédito: Daniel López/IAC. |
Si bien los astrónomos suelen trabajar con tiempos de exposición de una media hora, este trabajo ha requerido imágenes de 60 horas de exposición, lo cual “es bastante complicado”, asegura Raúl Infante-Sainz, especialista en análisis de regiones de bajo brillo y otro de los responsables del trabajo desde el IAC. Y es que, además del tiempo que supone llegar a estas bajísimas densidades de estrellas, después “hay que reducir los datos de forma adecuada para ser capaz de obtener las estructuras de bajo brillo superficial, que están ocultas debajo del nivel de ruido que originalmente tienen las imágenes”.
Esta minuciosa investigación explica la ausencia de materia oscura en NGC1052-DF4 y, además, la reconcilia con los modelos de formación y evolución de galaxias más aceptado por la comunidad astronómica internacional.
Artículo:
Mireia Montes, Raúl Infante-Sainz, Alberto Madrigal-Aguado, Javier Román, Mateo Monelli, Alejandro S. Borlaff e Ignacio Trujillo. “The Galaxy ‘missing dark matter’ NGC1052-DF4 is undergoing tidal disruption”. 2020, The Astrophysical Journal. DOI:
Arxiv: https://arxiv.org/abs/2010.09719
APJ: https://iopscience.iop.org/journal/0004-637X
Autor principal:
Mireia Montes.
mireia.montes.quiles@gmail.com
Contacto en el IAC:
Ignacio Trujillo.
Raúl Infante-Sainz.
• Publicado en el IAC el 26 de noviembre del 2020, enlace publicación.
Los nuevos datos del Hubble explican la falta de materia oscura.
Los nuevos datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA proporcionan más evidencia de la interrupción de las mareas en la galaxia NGC 1052-DF4. Este resultado explica un hallazgo previo de que a esta galaxia le falta la mayor parte de su materia oscura. Al estudiar la distribución de la luz y los cúmulos globulares de la galaxia, los astrónomos han concluido que las fuerzas de gravedad de la galaxia vecina NGC 1035 despojaron la materia oscura de NGC 1052-DF4 y ahora están destrozando la galaxia.
 |
| Vista desde tierra del cielo alrededor de las galaxias NGC 1052-DF4 NGC & 1052-DF2. Esta imagen muestra el cielo alrededor de las galaxias ultra difusas NGC 1052-DF4 y NGC 1052-DF2. Fue creado a partir de imágenes que forman parte del Digitized Sky Survey 2. NGC 1052-DF2 es básicamente invisible en esta imagen. En 2018, un equipo internacional de investigadores que utilizó el telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA y varios otros observatorios descubrió, por primera vez, una galaxia en nuestro vecindario cósmico a la que le falta la mayor parte de su materia oscura. Este descubrimiento de la galaxia NGC 1052-DF2 fue una sorpresa para los astrónomos, ya que se entendió que la materia oscura (DM) es un componente clave en los modelos actuales de formación y evolución de galaxias. De hecho, sin la presencia de DM, el gas primordial carecería de suficiente fuerza de gravedad para comenzar a colapsar y formar nuevas galaxias. Un año después, se descubrió otra galaxia que no detecta materia oscura, NGC 1052-DF4, lo que provocó intensos debates entre los astrónomos sobre la naturaleza de estos objetos. Ahora, se han utilizado nuevos datos del Hubble para explicar el motivo de la falta de materia oscura en NGC 1052-DF4, que se encuentra a 45 millones de años luz de distancia, lo que proporciona más evidencia de la interrupción de las mareas. Al estudiar la distribución de la luz y los cúmulos globulares de la galaxia, los astrónomos han concluido que las fuerzas de gravedad de la galaxia vecina NGC 1035 despojaron la materia oscura de NGC 1052-DF4 y ahora están destrozando la galaxia. Crédito: ESA / Hubble, NASA, Digital Sky Survey 2, Reconocimiento: Davide de Martin |
En 2018, un equipo internacional de investigadores que utilizó el telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA y varios otros observatorios descubrió, por primera vez, una galaxia en nuestro vecindario cósmico a la que le falta la mayor parte de su materia oscura. Este descubrimiento de la galaxia NGC 1052-DF2 fue una sorpresa para los astrónomos, ya que se entendió que la materia oscura (DM) es un componente clave en los modelos actuales de formación y evolución de galaxias. De hecho, sin la presencia de DM, el gas primordial carecería de suficiente fuerza de gravedad para comenzar a colapsar y formar nuevas galaxias. Un año después, se descubrió otra galaxia que no tiene materia oscura, NGC 1052-DF4, lo que provocó intensos debates entre los astrónomos sobre la naturaleza de estos objetos.
Ahora, se han utilizado nuevos datos del Hubble [1] para explicar la razón detrás de la falta de materia oscura en NGC 1052-DF4, que reside a 45 millones de años luz de distancia. Mireia Montes de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia dirigió un equipo internacional de astrónomos para estudiar la galaxia utilizando imágenes ópticas profundas. Descubrieron que la materia oscura que falta se puede explicar por los efectos de la interrupción de las mareas. Las fuerzas de gravedad de la vecina galaxia masiva NGC 1035 están destrozando a NGC 1052-DF4. Durante este proceso, se elimina la materia oscura, mientras que las estrellas sienten los efectos de la interacción con otra galaxia en una etapa posterior.
Hasta ahora, la eliminación de la materia oscura de esta manera ha permanecido oculta a los astrónomos, ya que solo se puede observar utilizando imágenes extremadamente profundas que pueden revelar características extremadamente débiles. “Usamos Hubble de dos maneras para descubrir que NGC 1052-DF4 está experimentando una interacción”, explicó Montes. "Esto incluye estudiar la luz de la galaxia y la distribución de cúmulos globulares de la galaxia".
Gracias a la alta resolución del Hubble, los astrónomos pudieron identificar la población de cúmulos globulares de la galaxia. El telescopio Gran Telescopio Canarias (GTC) de 10,4 metros y el telescopio IAC80 en Canarias, España, también se utilizaron para complementar las observaciones del Hubble mediante el estudio adicional de los datos.
“No basta con dedicar mucho tiempo a la observación del objeto, sino que un tratamiento cuidadoso de los datos es vital”, explicó el miembro del equipo Raúl Infante-Sainz del Instituto de Astrofísica de Canarias en España. “Por lo tanto, era importante que utilizáramos no solo un telescopio / instrumento, sino varios (tanto terrestres como espaciales) para realizar esta investigación. Con la alta resolución del Hubble, podemos identificar los cúmulos globulares y luego con la fotometría GTC obtenemos las propiedades físicas ”.
 |
| El Gran telescopio Canarias. Crédito Imagen: IAC. |
Se cree que los cúmulos globulares se forman en los episodios de intensa formación estelar que dieron forma a las galaxias. Su tamaño compacto y luminosidad los hacen fácilmente observables y, por lo tanto, son buenos trazadores de las propiedades de su galaxia anfitriona. De esta manera, al estudiar y caracterizar la distribución espacial de los cúmulos en NGC 1052-DF4, los astrónomos pueden desarrollar una idea del estado actual de la propia galaxia. La alineación de estos cúmulos sugiere que están siendo "despojados" de su galaxia anfitriona, y esto respalda la conclusión de que se está produciendo una interrupción de las mareas.
Al estudiar la luz de la galaxia, los astrónomos también encontraron evidencia de colas de marea, que están formadas por material que se aleja de NGC1052-DF4; esto respalda aún más la conclusión de que se trata de un evento disruptivo. Un análisis adicional concluyó que las partes centrales de la galaxia permanecen intactas y solo ∼ 7% de la masa estelar de la galaxia está alojada en estas colas de marea. Esto significa que la materia oscura, que está menos concentrada que las estrellas, fue previamente y preferentemente despojada de la galaxia, y ahora el componente estelar externo también está comenzando a ser despojado.
“Este resultado es un buen indicador de que, si bien la materia oscura de la galaxia se evaporó del sistema, las estrellas recién ahora están comenzando a sufrir el mecanismo de disrupción”, explicó el miembro del equipo Ignacio Trujillo del Instituto de Astrofísica de Canarias en España. "Con el tiempo, NGC1052-DF4 será canibalizado por el gran sistema alrededor de NGC1035, con al menos algunas de sus estrellas flotando libremente en el espacio profundo".
El descubrimiento de evidencia para apoyar el mecanismo de la interrupción de las mareas como explicación de la materia oscura que falta en la galaxia no solo ha resuelto un enigma astronómico, sino que también ha traído un suspiro de alivio a los astrónomos. Sin él, los científicos se enfrentarían a tener que revisar nuestra comprensión de las leyes de la gravedad.
 |
| Imagen del autor del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA. Crédito: NASA/ESA & Hubble. |
“Este descubrimiento reconcilia el conocimiento existente de cómo se forman y evolucionan las galaxias con el modelo cosmológico más favorable”, agregó Montes.
Notas.
[1] Estos resultados se obtuvieron utilizando datos de los programas GO-14644 y GO-15695 del telescopio espacial Hubble (PI: van Dokkum).
Más información.
El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.
El equipo internacional de astrónomos de este estudio está formado por M. Montes, R. Infante-Sainz, A. Madrigal-Aguado, J. Román, M. Monelli, A. S. Borlaff e I. Trujillo.
Estos resultados se han publicado en Astrophysical Journal.
Crédito de la imagen: ESA / Hubble, NASA, Digitzed Sky Survey 2. Reconocimiento: Davide de Martin.
Enlaces.
- Imágenes del Hubble
- Papel de ciencia.
- Enlace a Space Scoop: una versión para niños de esta noticia.
Contactos
Dra. Mireia Montes
Escuela de Física, Universidad de Nueva Gales del Sur
Sydney, Australia
Correo electrónico: mireia.montes.quiles@gmail.com
Ignacio Trujillo
Instituto de Astrofísica de Canarias
Tenerife, España
Correo electrónico: itc@iac.es
Bethany Downer
ESA / Hubble, Oficial de información pública
Garching, Alemania
Correo electrónico: Bethany.Downer@partner.eso.org
• Publicado en Hubble el 26 de noviembre del 2020, enlace publicación.
