Detectan una galaxia que no debería existir (según la ciencia): no tiene materia oscura

Un nuevo estudio revela que la galaxia FCC 224 carece de materia oscura, desafiando los modelos actuales de formación galáctica. ¿Podrían existir más galaxias como esta en el universo?

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FCC 224, una galaxia ultradifusa repleta de cúmulos globulares extraordinariamente brillantes. En aquel momento, la atención se centraba en la rareza de su sistema estelar y su sorprendente homogeneidad. Pero lo que entonces era una pista intrigante ha cobrado ahora una dimensión mucho mayor. Un nuevo estudio, esta vez centrado en su dinámica interna, revela algo aún más desconcertante: FCC 224 no parece contener materia oscura, un rasgo que desafía los pilares de la cosmología moderna.

FCC 224 no es nueva en los catálogos astronómicos, pero hasta hace poco nadie había prestado demasiada atención a este débil y tenue punto en el cielo. Todo cambió cuando un equipo de científicos, utilizando datos del telescopio Espacial Hubble y el instrumento KCWI del Observatorio Keck, descubrió que esta galaxia tiene una característica desconcertante: no parece tener materia oscura en su interior. Y eso, según los modelos actuales, simplemente no debería ocurrir.

¿Por qué importa la materia oscura?
La materia oscura es un tipo de materia que no emite luz ni energía, pero cuya existencia se deduce por sus efectos gravitacionales sobre la materia visible. En el modelo cosmológico estándar, conocido como ΛCDM, la materia oscura es imprescindible para que una galaxia se forme y se mantenga unida. Se estima que en las galaxias, más del 80 % de su masa está compuesta por este misterioso ingrediente invisible.

Por eso, el hallazgo de galaxias sin materia oscura, como FCC 224, resulta tan incómodo. Hasta ahora, solo se habían confirmado dos candidatas similares, DF2 y DF4, ambas ubicadas en el grupo NGC 1052. Se pensaba que podían ser anomalías locales, casos excepcionales creados por interacciones muy específicas. Pero FCC 224 no está en ese grupo. Está en otro entorno, lo que sugiere que este tipo de galaxias podría no ser tan raro como se creía.



Imagen y espectros de FCC 224 y sus cúmulos globulares, con datos del Hubble y del espectrógrafo KCWI, que revelan su estructura y dinámica inusuales. Fuente: Astronomy & Astrophysics (A&A)

Qué es FCC 224 y por qué es tan rara
FCC 224 es una galaxia ultra-difusa, una clase de galaxias con muy poca luminosidad superficial, como si estuvieran formadas por una niebla de estrellas. Tiene un radio efectivo de casi 1.9 kilopársecs y una masa estelar de alrededor de 170 millones de veces la del Sol. Pero su comportamiento no encaja con lo esperado.

En el estudio publicado en Astronomy & Astrophysics, los autores afirman que "FCC 224 exhibe una velocidad de dispersión extremadamente baja", lo que indica que no hay una cantidad significativa de materia oscura contribuyendo a su gravedad interna. Para una galaxia de su masa, los modelos predicen una velocidad de dispersión de unos 25 km/s. Sin embargo, FCC 224 presenta un valor de tan solo 7.8 km/s en sus estrellas, y un máximo de 12.7 km/s en sus cúmulos globulares.

Además, FCC 224 no muestra signos de formación estelar reciente, ni contiene gas interestelar. Es una galaxia quiescente, apagada, y aún así permanece estructuralmente estable sin la ayuda de la materia oscura.



Representación artística de una posible colisión galáctica: la materia visible (en tonos dorados) se separa de su halo de materia oscura (en azul tenue), formando una galaxia sin materia oscura. Fuente: ChatGPT / E. F.

Un sistema estelar peculiar
Una de las claves que llevó a los astrónomos a sospechar de esta galaxia fue su sistema de cúmulos globulares. Estos son grupos compactos de estrellas que orbitan el centro de las galaxias. FCC 224 posee 13 cúmulos globulares confirmados, una cifra elevada para una galaxia de su tamaño.

Pero lo más inusual no es solo la cantidad, sino sus propiedades. Según el estudio de Tang y colaboradores, estos cúmulos tienen una luminosidad mayor de lo habitual y presentan una poca variación en color, lo que sugiere que se formaron al mismo tiempo y con materiales muy similares. El artículo indica que "la población estelar y los cúmulos globulares muestran diferencias de edad menores a 0.1 Gyr y de metalicidad inferiores a 0.05 dex", una uniformidad poco común en galaxias de este tipo.

Este patrón coincide con lo observado en DF2 y DF4, reforzando la idea de que estas galaxias forman un nuevo tipo o clase dentro del zoo galáctico.


Velocidad y dispersión del sistema de cúmulos globulares de FCC 224, obtenidas con un modelo estadístico que estima un límite superior para su dispersión. Fuente: Astronomy & Astrophysics (A&A)

La hipótesis del "bullet-dwarf"
¿Cómo puede existir una galaxia sin materia oscura? Una de las teorías más sugerentes es la del modelo bullet-dwarf, que propone que este tipo de galaxias podrían haber nacido de colisiones extremadamente rápidas entre otras galaxias. Durante el impacto, la materia oscura y la materia visible podrían separarse, y en el proceso, surgirían galaxias como FCC 224, formadas con muy poco o nada de materia oscura.

Este modelo explicaría varias de las características observadas: la formación simultánea de cúmulos globulares brillantes, la ausencia de gas, la rotación lenta y la forma prolata (alargada) de la galaxia. Sin embargo, como reconocen los propios autores, "ningún modelo de formación de galaxias dentro del paradigma cosmológico estándar puede explicar actualmente cómo se formó esta galaxia".

Es decir, todavía no hay una explicación definitiva que encaje con todas las observaciones.


El debate sobre la distancia
Una parte esencial del argumento de que FCC 224 carece de materia oscura depende de su distancia estimada, unos 20 megaparsecs. Si estuviera mucho más cerca, su masa aparente sería menor, y los datos podrían interpretarse de otra manera. En ese caso, la galaxia podría tener la cantidad de materia oscura esperada para su tamaño.

Los investigadores son conscientes de esta posibilidad y han tratado de confirmar la distancia usando métodos como la fluctuación del brillo superficial. Aun así, reconocen que "estas incertidumbres de distancia requieren un escrutinio adicional", y que nuevos datos serán necesarios para descartar definitivamente otras interpretaciones.

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¿Un caso aislado o el inicio de algo más grande?
El hallazgo de FCC 224 abre una puerta intrigante: si hay una tercera galaxia de este tipo en una región distinta del universo local, podría significar que hay muchas más por descubrir. Esto obligaría a repensar aspectos clave de los modelos cosmológicos actuales, que se basan en la omnipresencia de la materia oscura.

Además, el artículo plantea que las características comunes a FCC 224, DF2 y DF4 podrían usarse como una especie de “huella dactilar” para identificar otras galaxias similares. Es decir, los astrónomos podrían buscar sistemáticamente galaxias quiescentes, con cúmulos globulares brillantes y homogéneos, rotación lenta y baja dispersión de velocidad, para localizar más casos.

El equipo sugiere incluso un posible cuarto candidato: FCC 240, una galaxia vecina de FCC 224 con propiedades similares.

¿Y ahora qué?​

FCC 224 podría ser solo la punta del iceberg. Las galaxias sin materia oscura plantean preguntas fundamentales: ¿es la materia oscura tan imprescindible como creíamos? ¿Podrían existir otras formas de formar galaxias estables sin ella? ¿O estamos interpretando mal los datos?

En cualquier caso, el hallazgo marca un punto de inflexión en la exploración del universo. Nuevos estudios, simulaciones más complejas y observaciones más precisas ayudarán a resolver el misterio. Pero por ahora, FCC 224 nos recuerda que el universo aún guarda secretos capaces de sacudir los cimientos de la física moderna.

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