Aunque la materia oscura constituye aproximadamente el 27% del universo, los astrónomos no han podido observarla directamente.
Ahora, en un nuevo estudio, un equipo internacional de investigadores, incluidos astrofísicos de la Universidad Northwestern, ha descubierto que las próximas imágenes del Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA (que se lanzará en mayo de 2027) pueden contener pistas vitales para comprender el material esquivo.
En la búsqueda de materia oscura, algunos astrofísicos se han centrado anteriormente en los huecos en las corrientes de estrellas, áreas donde las estructuras son tan delgadas que es posible detectar perturbaciones creadas por grupos de materia oscura. Pero hasta ahora los astrónomos sólo han examinado estos huecos en la Vía Láctea. Con el Telescopio Espacial Romano tomando imágenes de nuestra galaxia vecina de Andrómeda, los investigadores ampliarán enormemente su creciente muestra de delgadas corrientes estelares, lo que potencialmente conducirá a más información sobre las propiedades concretas de la materia oscura.
El estudio ha sido aceptado para su publicación por The Astrophysical Journal. Actualmente hay una preimpresión disponible en línea. Marca la primera exploración de las perspectivas de encontrar huecos dentro de corrientes de estrellas más allá de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.
«Hay corrientes estelares en nuestra propia galaxia, donde vemos espacios que podrían deberse a la materia oscura», dijo Tjitske Starkenburg de Northwestern, coautor del estudio. «Pero estas brechas también pueden formarse por otros medios. Nuestro nuevo estudio argumenta que podremos observar estas brechas en galaxias cercanas distintas a la nuestra. Eso nos dará mejores estadísticas sobre estas brechas, lo que en última instancia nos ayudará comprender mejor la posible existencia y propiedades de los grupos de materia oscura».
Starkenburg es profesor asistente de investigación en el Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA) de Northwestern. Christian Aganze, becario postdoctoral de la Universidad de Stanford, es el autor principal del estudio.
La materia oscura, que se supone que es una partícula, aún no se puede observar directamente porque no emite, refleja, refracta ni absorbe luz. Como nadie puede verlo, los investigadores tienen que buscar otras pistas para determinar si realmente está allí.
«Vemos el efecto de la materia oscura en las galaxias», dijo Aganze. «Por ejemplo, cuando modelamos cómo giran las galaxias, necesitamos masa extra para explicar su rotación. La materia oscura puede proporcionar esa masa faltante».
Los astrónomos tienen particularmente esperanzas de que puedan esconderse pistas dentro de las alargadas corrientes de estrellas que cuelgan de los cúmulos globulares, grupos estrechamente unidos de decenas a millones de estrellas. Los investigadores dicen que los grupos de materia oscura pueden atravesar corrientes estelares y crear espacios. Al examinar estas lagunas, los astrónomos pretenden descubrir signos de materia oscura.
«La razón por la que estas corrientes son más interesantes para ver los efectos de estos grupos de materia oscura es doble», dijo Starkenburg. «En primer lugar, estas corrientes ‘viven’ en las regiones exteriores extremas de una galaxia, donde de otro modo hay muy poca estructura. Y en segundo lugar, estas corrientes son intrínsecamente muy delgadas porque se formaron a partir de densos cúmulos de estrellas, lo que significa que se pueden ver espacios o cualquier perturbación mucho más fácilmente.»
Hasta la fecha, los telescopios espaciales y terrestres existentes han limitado la búsqueda a un pequeño número de corrientes de cúmulos globulares dentro de la Vía Láctea. Pero el Telescopio Espacial Romano, que estará ubicado a 1 millón de millas de la Tierra, permitirá a los astrónomos buscar galaxias cercanas en busca de corrientes de cúmulos globulares por primera vez.
El Wide Field Instrument de Roman tiene 18 detectores que producirán imágenes 200 veces más grandes que las producidas por la cámara de infrarrojo cercano del Telescopio Espacial Hubble, y con una resolución ligeramente mayor.
En el nuevo estudio, Starkenburg, Aganze y sus colaboradores simularon corrientes de estrellas, les permitieron interactuar con grupos de materia oscura para crear espacios y luego generaron observaciones simuladas de estos espacios. Al final, el equipo concluyó que estas lagunas deberían ser detectables en las próximas imágenes del Telescopio Espacial Romano. También estiman que el nuevo telescopio entregará eficientemente estos datos en tan solo una hora de observación.
Cuando llegue el momento, los investigadores también planean examinar el halo de materia oscura que rodea a Andrómeda. Si bien los halos de materia oscura rodean todas las galaxias, incluida la Vía Láctea, los investigadores sospechan que pueden encontrar evidencia de subhalos más pequeños, como predicen los modelos actuales.
«Esperamos que los subhalos de materia oscura más pequeños interactúen con las corrientes de cúmulos globulares», dijo Starkenburg. «Si estos subhalos están presentes en otras galaxias, predecimos que veremos brechas en las corrientes de cúmulos globulares que probablemente sean causadas por estos subhalos. Eso nos dará nueva información sobre la materia oscura, incluyendo qué tipos de halos de materia oscura están presentes y cuáles son sus masas.»
Starkenburg ya está sentando las bases para la investigación de la materia oscura a través de un proyecto relacionado.
«Ese equipo planea modelar cómo los cúmulos globulares se forman en corrientes estelares mediante el desarrollo de un marco teórico mucho más detallado», dijo. «Continuaremos prediciendo los orígenes de los cúmulos globulares que forman corrientes y si estas corrientes serán observables con Roman».
Con información de arXiv
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