El enigma de la galaxia masiva sin materia oscura

Comparación entre una galaxia convencional (ESO 325-G004) envuelta en un halo de materia oscura, ocupando el plato con mayor peso de la balanza, y la galaxia NGC 1277 (a la izquierda), en la que el estudio de la distribución de masas revela la ausencia de materia oscura. Diseño: Gabriel Pérez Díaz (IAC). Imagen de NGC 1277: NASA, ESA y M. Beasley (IAC). Imagen de ESO 325-G004: NASA, ESA, y The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); J. Blakeslee (Washington State University)

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Una investigación internacional, liderada por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL), encuentra la primera evidencia de una galaxia masiva sin materia oscura. El resultado desafía el actual modelo estándar de la cosmología. El estudio se publica en la revista especializada Astronomy & Astrophysics.

Un equipo científico, liderado por el investigador del IAC y de la Universidad de La Laguna (ULL) Sébastien Comerón, ha descubierto que la galaxia NGC 1277 no tiene materia oscura. Es la primera vez que se encuentra una galaxia masiva (con varias veces la masa de la Vía Láctea) sin que haya evidencia de este componente invisible del Universo. “Este resultado no tiene cabida dentro del actual paradigma del modelo cosmológico con materia oscura”, explica Comerón.

El modelo cosmológico estándar postula que las galaxias masivas contienen grandes cantidades de materia oscura, un tipo de materia que es transparente y que no interactúa con la materia ordinaria, pero cuya existencia se puede inferir a partir de la atracción gravitatoria que ejerce sobre las estrellas y el gas que sí es observable.

NGC 1277 es conocida por ser un prototipo de ‘galaxia reliquia’, es decir, una galaxia que no ha interactuado con ninguna otra de sus vecinas. Estas galaxias son extremadamente infrecuentes y se consideran remanentes no evolucionados de lo que fueron galaxias gigantes en los albores del Universo.

“La importancia de las galaxias reliquias para entender cómo se formaron las primeras galaxias fue el motivo por el cual decidimos observar a NGC 1277 con un espectrógrafo de campo integral”, señala Comerón. “A partir de estos espectros, obtuvimos mapas cinemáticos con los cuáles reconstruimos la distribución de masas de la galaxia dentro de un radio de unos 20.000 años luz”, añade.

El equipo ha descubierto que la distribución de la masa de NGC 1277 corresponde con la de las estrellas, por lo que se deduce que, dentro del radio muestreado, podría haber un 5% de materia oscura como máximo, aunque las observaciones son compatibles con la no existencia de este componente.

Sin embargo, los modelos cosmológicos predicen que una galaxia con la masa de NGC 1277 debería tener una fracción de materia oscura de, al menos, el 10% y hasta un 70%. “Esta discrepancia entre la observación y lo que se espera supone un enigma y puede que un desafío para el modelo estándar”, apunta Ignacio Trujillo, investigador del IAC y la ULL que ha participado en el estudio.

NGC 1277
Galaxia sin materia oscura NGC 1277, situada cerca del centro del cúmulo de Perseo, a 240 millones de años luz de la Tierra. Crédito: NASA, ESA y M. Beasley (IAC)

El estudio propone dos posibles explicaciones para la falta de materia oscura en NGC 1277. “Una es que la interacción gravitacional con el medio del cúmulo de galaxias en la que se encuentra haya arrancado la materia oscura –comenta Anna Ferré-Mateu, investigadora del IAC y la ULL que también ha participado en el estudio–; otra es que la materia oscura fuera expulsada del sistema cuando éste se formó mediante la fusión de fragmentos protogalácticos que dieron lugar a la galaxia reliquia”.

Para los autores del estudio, ninguna de estas explicaciones es satisfactoria del todo, “con lo que el enigma de cómo se puede formar una galaxia masiva sin materia oscura permanece abierto”, subraya Comerón. Con el fin de seguir investigando este misterio, el equipo tiene previsto realizar nuevas observaciones con el instrumento WEAVE del Telescopio William Herschel (WHT), ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma. 

De confirmarse el resultado de que NGC 1277 no tiene materia oscura, el descubrimiento pondría en tela de juicio los modelos alternativos a la materia oscura, es decir, las teorías de la gravedad modificada que explican que gran parte de la atracción gravitatoria entre las galaxias se debe a reglas de la gravedad ligeramente alteradas. “Si bien la materia oscura de una galaxia se puede perder, una ley de gravedad modificada tiene que ser universal y no puede tener excepciones, por lo que una galaxia sin materia oscura es una refutación de las alternativas a la materia oscura”, subraya Trujillo.

Artículo: Comerón, Sébastien et al: “The massive relic galaxy NGC 1277 is dark matter deficient. From dynamical models of integral-field stellar kinematics out to five effective radii, A&A 675, A143 (2023) DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202346291

Contacto en el IAC:
Sébastien Comerón, sebastien.comeron [at] iac.es
Ignacio Trujillo, itc [at] iac.es
Anna Ferré-Mateu, aferre [at] iac.es

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