Hubble descubre una nube de materia oscura ‘reliquia’ de las primeras galaxias

“Esta es la historia de una galaxia fallida”, afirmó Alejandro Benitez-Llambay, investigador principal del programa, de la Universidad Milano-Bicocca en Milán, Italia. “En ciencia, normalmente aprendemos más de los fracasos que de los éxitos. En este caso, el hecho de no ver estrellas es lo que confirma la teoría. Nos dice que hemos encontrado en el Universo local un bloque de construcción primordial de una galaxia que no se ha formado.”

“Esta nube es una ventana al Universo oscuro”, explicó Andrew Fox, miembro del equipo de AURA/STScI para la Agencia Espacial Europea. “Sabemos por la teoría que la mayor parte de la masa del Universo se espera que sea materia oscura, pero es difícil detectar este material oscuro porque no emite luz. Cloud-9 nos ofrece una visión poco común de una nube dominada por la materia oscura.”

El objeto se llama una nube de HI Reionización Limitada, o ‘RELHIC’. El término ‘H I’ se refiere al hidrógeno neutro, y ‘RELHIC’ describe una nube de hidrógeno natal de los primeros días del Universo, un fósil que ha quedado atrás y que no ha formado estrellas. Durante años, los científicos han estado buscando evidencia de este objeto fantasma, que fue propuesto en teoría. Pero solo cuando dirigieron Hubble hacia la nube pudieron confirmar que, efectivamente, no contiene estrellas.

“Antes de usar Hubble, se podría argumentar que esto es una galaxia enana tenue que no podíamos ver con los telescopios terrestres. Simplemente no tenían la sensibilidad suficiente para descubrir estrellas”, explicó Gagandeep Anand, autor principal del estudio, del Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, EE. UU. “Pero con la Advanced Camera for Surveys de Hubble, podemos determinar que no hay nada allí.”

El descubrimiento de esta nube relicto fue una sorpresa. “Entre nuestros vecinos galácticos, podría haber algunas casas abandonadas por ahí”, dijo Rachael Beaton, del STScI, quien también forma parte del equipo de investigación.

Se cree que las RELHIC son nubes de materia oscura que no pudieron acumular suficiente gas para formar estrellas. Representan una ventana a las primeras etapas de la formación de galaxias. Cloud-9 sugiere la existencia de muchas otras estructuras pequeñas dominadas por la materia oscura en el Universo, otras galaxias fallidas. Este descubrimiento proporciona nuevas perspectivas sobre los componentes oscuros del Universo que son difíciles de estudiar a través de observaciones tradicionales, que se centran en objetos brillantes como estrellas y galaxias.

5 billion solar masses

Los científicos han estado estudiando nubes de hidrógeno cerca de la Vía Láctea durante muchos años, y estas nubes tienden a ser mucho más grandes e irregulares que Cloud-9. En comparación con otras nubes observadas, Cloud-9 es más pequeña, más compacta y altamente esférica, lo que la hace parecer muy diferente a otras nubes.

El núcleo de este objeto está compuesto por hidrógeno neutro y tiene un diámetro de aproximadamente 4900 años luz. El gas hidrógeno en Cloud-9 es aproximadamente 1 millón de veces la masa del Sol. Pero si la presión del gas está equilibrando la gravedad de la nube de materia oscura, lo que parece ser el caso, Cloud-9 debe estar fuertemente dominada por la materia oscura, con alrededor de 5 mil millones de masas solares.

Cloud-9 es un ejemplo de las estructuras y los misterios que no involucran estrellas. Simplemente observar las estrellas no da la imagen completa. Estudiar el gas y la materia oscura ayuda a proporcionar una comprensión más completa de lo que está sucediendo en estos sistemas que, de otro modo, no se conocerían.

Observacionalmente, identificar estas galaxias fallidas es un desafío porque los objetos cercanos las eclipsan. Estos sistemas también son vulnerables a efectos ambientales como el stripping por presión de ariete, que puede eliminar el gas a medida que la nube se mueve a través del espacio intergaláctico. Estos factores reducen aún más su número esperado.

Failed galaxy

Cloud-9 fue descubierta hace tres años como parte de una encuesta de radio realizada por el Telescopio Esférico de Apertura de 500 metros (FAST) en Guizhou, China, un hallazgo que luego fue confirmado por el Green Bank Telescope y las instalaciones del Very Large Array en los Estados Unidos. A diferencia de la cultura del hemisferio occidental, el apodo ‘Cloud-9’ no tiene ningún significado para los chinos. Simplemente se nombró secuencialmente, habiendo sido la novena nube de gas identificada en las afueras de una galaxia espiral cercana, Messier 94 (M94).

La nube está cerca de M94 y parece tener una asociación física con la galaxia. Los datos de radio de alta resolución muestran ligeras distorsiones del gas, lo que posiblemente indica una interacción entre la nube y la galaxia.

Cloud-9 podría eventualmente formar una galaxia en el futuro, dependiendo de si aumenta su masa. Si fuera mucho más grande, colapsaría, formaría estrellas y se convertiría en una galaxia que no sería diferente de ninguna otra galaxia que vemos. Si fuera mucho más pequeña, el gas podría dispersarse y ionizarse y no quedaría mucho. Pero está en un punto óptimo donde también podría permanecer como una RELHIC.

Este hallazgo profundiza la comprensión de la formación de galaxias, el Universo temprano y la naturaleza de la materia oscura. La falta de estrellas en este objeto proporciona una ventana única a las propiedades intrínsecas de las nubes de materia oscura. La rareza de estos objetos y el potencial de futuras encuestas se espera que mejoren el descubrimiento de más de estas ‘galaxias fallidas’ o ‘relictos’, lo que dará como resultado información sobre el Universo temprano y la física de la materia oscura.

Este resultado ha sido publicado en The Astrophysical Journal Letters.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.