Las galaxias son sistemas de miles de millones de estrellas y enormes nubes de gas y polvo interestelar, vinculadas entre sí por la gravedad. La Vía Láctea es la vista que desde la Tierra tenemos de nuestra propia galaxia. Sin embargo, desde hace años se sabe que muchas galaxias, incluida la nuestra, tienen algo más (mucho más), que no es visible, y que se denomina genéricamente como materia oscura.

La materia oscura no se puede ver directamente (ni siquiera con telescopios), pero afecta notablemente al cuerpo visible de las galaxias. La gravedad de este misterioso material, que puede exceder en varias veces la cantidad de materia visible, altera los movimientos de las estrellas en su galaxia. Fueron estas alteraciones las que sugirieron la existencia de la materia oscura hace décadas. Una gran galaxia como la nuestra, por ejemplo, puede contener entre 5 y 10 kg de materia oscura por cada kilogramo de material estelar luminoso.

¿Qué es la materia oscura? Nadie lo sabe a ciencia cierta, aunque se cree que está formada por partículas subatómicas muy difíciles de detectar. El neutrino es una partícula de este tipo muy conocida. Pero hay otras, incluyendo al exótico y publicitado bosón de Higgs, popularmente conocido como “la partícula de Dios”. Quizá sean estas u otras aún desconocidas las que integren la materia oscura, pero aunque su naturaleza sea un misterio, sus efectos han sido medidos en muchas galaxias normales.

De hecho, tanta es la materia oscura, que se ha sugerido que podría haber galaxias enteras formadas por este tipo de material y virtualmente nada de material estelar luminoso. Estas nuevas investigaciones dan un fuerte respaldo a las predicciones teóricas sobre su existencia.

Un primer hallazgo llegó en los primeros años del nuevo milenio. Robert Minchin, del Observatorio de Arecibo (Puerto Rico), lideró un estudio con el radiotelescopio Westerbrook en Holanda, que reveló una enorme cantidad de gas hidrógeno en las proximidades de una galaxia denominada NGC 4254, situada a 50 millones de años luz de nuestra galaxia.

Aunque el hidrógeno no brilla como una estrella, no es considerado materia oscura, ya que emite ondas de radio (típicamente detectadas en la frecuencia de 1420 MHz). Pero las características y movimientos de esta enorme nube indican la presencia de una cantidad 10 veces mayor de algo que sí sería materia oscura. Sumando ambos, el sistema contendría unas 10.000 millones de veces la masa de nuestro Sol, aunque virtualmente nada de eso sería en forma de estrellas. Todavía se discute si esta enorme masa gaseosa tiene algún grado de vinculación con NGC 4254 o es un sistema autónomo, pero este hallazgo ha reavivado el debate sobre estos extraños objetos.

DEBIL RESPLANDOR DE UNA GALAXIA SIN ESTRELLAS

En el nuevo estudio, publicado en junio y liderado por Sebastiano Cantalupo de la Universidad de California-Santa Cruz, se intentó una aproximación algo diferente. En lugar de estudiar una región cercana mediante un radiotelescopio, Cantalupo y su equipo exploraron los confines del Universo utilizando uno de los más grandes telescopios ópticos del mundo. La idea era ingeniosa aunque arriesgada.

Si la materia normal en las galaxias oscuras es principalmente hidrógeno gaseoso, éste podría detectarse si lo ilumina una fuente de radiación (luz) apropiada y razonablemente cercana. En particular, si el gas es iluminado por rayos X o por radiación ultravioleta generará un resplandor o fluorescencia detectable. Las lámparas o tubos fluorescentes funcionan de una manera similar, aunque la fuente de energía es la corriente eléctrica. En el caso de las galaxias oscuras, los científicos pensaron que una fuente de energía apropiada para iluminar el hidrógeno podría ser otra galaxia que emitiera copiosas cantidades de radiación de alta energía.

Un cuásar (forma abreviada del término “objeto cuasiestelar”) es un tipo de galaxia peculiar que contiene un enorme agujero negro en su interior (ver nota “El Telescopio, horizonte de eventos”, en Futuro del 26 de mayo, www.pagina12.com.ar). Estos objetos emiten enormes cantidades de la energía apropiada para estimular la radiación del hidrógeno en cualquier galaxia oscura que pueda aparecer en su vecindario.

De esta manera, los científicos esperaban que la radiación del cuásar, atrapada y reprocesada por el hidrógeno de cualquier galaxia oscura que estuviera cerca, se detectaría como una débil emisión color violeta (ver recuadro).

Luego de varios años de búsquedas, finalmente encontraron alrededor de un centenar de objetos en las proximidades del cuásar HE 01093518. Para ello utilizaron el VLT o Very Large Telescope (telescopio muy grande, en inglés), un sistema de cuatro enormes telescopios ubicado en la cumbre del Cerro Paranal, en Chile, y operado por un consorcio de 15 países.

Tras descartar aquellos que podrían contener estrellas, los científicos encontraron una docena de objetos que reúnen las condiciones buscadas e identificaron como galaxias oscuras. “Nuestros resultados demuestran el potencial de nuestro método para descubrir y estudiar estos objetos fascinantes”, dijo Cantalupo. Sus colaboradores fueron Simon Lilly, de Suiza, y Martin Haehnelt, de Inglaterra.

El interés es comprensible, ya que además estos objetos podrían vincularse con otro antiguo problema: el de la formación y evolución temprana de las galaxias.

¿ESLABONES DE LA EVOLUCION GALACTICA?

Los astrónomos saben que las galaxias son al menos tan antiguas como sus más viejas estrellas. En nuestra galaxia, éstas tienen edades del orden de los 10 mil millones de años. Pero, ¿qué factores determinan que en algún lugar del espacio aparezca una galaxia rebosante de estrellas? Como el de la materia oscura, el nacimiento de las galaxias sigue siendo un misterio irresuelto.

En su trabajo, Cantalupo y sus colegas encontraron que las características de estas galaxias son tales que no podrán generar un contenido estelar significativo en un tiempo comparable a lo que lleva vivido nuestra galaxia. En otras palabras, estos objetos no serían eficientes formadores de estrellas. Específicamente, ellos estimaron que el ritmo de formación estelar en las galaxias oscuras es por lo menos cien veces inferior al de una galaxia normal.

¿Significa esto que las galaxias oscuras deben ser excluidas como sistemas en formación? No necesariamente, ya que es posible concebir otros mecanismos. Por ejemplo, se sabe que hay grandes galaxias que interactúan con otras más pequeñas, y llegan incluso a “devorarlas”. Las galaxias oscuras podrían ser una suerte de alimento cósmico para otras. O quizás haya otros factores (propios del objeto o de su ambiente) que determinen que algunas nubes oscuras inicien un proceso de formación estelar y otras no.

Nuevos estudios permitirán comprender mejor la composición y dinámica de estas galaxias sin estrellas, así como también cuán frecuentemente ocurren en el Universo. Cantalupo se siente confiado con estos resultados: “Nuestras observaciones aportaron evidencia de la existencia de nubes oscuras, compactas y aisladas. Así logramos dar un paso crucial para comprender las etapas tempranas de formación galáctica y cómo las galaxias consiguieron el gas que contienen”.

El cuasar aparece en el centro de la imagen rodeado de las galaxias oscuras (en los circulos pequeños).