Las galaxias del universo temprano contenían menos materia oscura que las de la actualidad

Representación de la rotación del disco de las galaxias en el universo temprano (derecha) y en la actualidad (izquierda). Crédito: ESO.

Vemos la materia normal como brillantes estrellas, refulgente gas y nubes de polvo. Pero la elusiva materia oscura no emite, absorbe o refleja la luz y sólo puede ser observada a través de sus efectos gravitacionales. La presencia de materia oscura puede explicar por qué las partes exteriores de galaxias espirales cercanas giran más rápido de lo que se esperaría si sólo estuvieran compuestas por la materia normal que podemos ver directamente.

Ahora, un equipo internacional de astrónomos dirigido por Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (Garching, Alemania), ha utilizado los instrumentos KMOS y SINFONI, instalados en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, en Chile, para medir la rotación de seis galaxias masivas con formación estelar en el universo distante en el momento de máxima formación de galaxias, hace 10.000 millones de años.

Lo que descubrieron es intrigante: a diferencia de las galaxias espirales del universo actual, las regiones exteriores de estas galaxias distantes parecen girar más lentamente que las regiones más cercanas al núcleo, sugiriendo que hay menos materia oscura de lo esperado.

“Sorprendentemente, las velocidades de rotación no son constantes, sino que disminuyen de dentro hacia fuera en las galaxias”, comenta Reinhard Genzel, autor principal del artículo. “Probablemente haya dos causas para esto. En primer lugar, la mayoría de estas galaxias masivas tempranas está fuertemente dominada por materia normal, por lo que la materia oscura juega un papel mucho menos importante que en el Universo Local. En segundo lugar, estos discos tempranos fueron mucho más turbulentos que las galaxias espirales que vemos en nuestra vecindad cósmica”.

Ambos efectos parecen ser más marcados a medida que los astrónomos miran más lejos y más atrás en el tiempo, en el universo temprano. Esto sugiere que entre los 3.000 y 4.000 millones de años después del Big Bang, el gas en las galaxias ya se había condensado eficientemente en discos planos y rotantes, mientras que los halos de materia oscura alrededor de ellos eran mucho más grandes y estaban más dispersos hacia las zonas exteriores. Al parecer, la materia oscura necesitó miles de millones de años más para condensarse, por lo que su efecto dominante sólo se ve hoy en día.

Esta explicación es consistente con las observaciones que muestran que las primeras galaxias eran mucho más ricas en gas y más compactas que las galaxias actuales.

Un modelo detallado muestra que, en promedio, mientras la materia normal suele representar aproximadamente la mitad de la masa total de todas las galaxias, en los desplazamientos al rojo más elevados, la materia normal domina completamente la dinámica de las galaxias.

El artículo “Strongly baryon-dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago” es publicado en la edición del 16 de marzo de 2017 de la revista Nature.

Fuente: ESO