Durante años, las corrientes estelares se han considerado uno de los instrumentos más prometedores para buscar materia oscura dentro de la Vía Láctea. Son estructuras extremadamente delicadas: largas bandas de estrellas que orbitan nuestra galaxia y que pueden conservar las huellas de las fuerzas gravitatorias que han encontrado durante miles de millones de años.
La lógica parecía sencilla. Si la materia oscura constituye la mayor parte de la masa del Universo y está distribuida en pequeños cúmulos o subhalos, su gravedad debería dejar marcas sobre esas corrientes. Un hueco, una curva, un ensanchamiento o una concentración inesperada de estrellas podría ser la consecuencia del paso de uno de esos objetos invisibles.
Pero un nuevo estudio publicado el 27 de agosto en The Astrophysical Journal introduce una complicación decisiva: la materia oscura no es explícitamente necesaria para producir algunas de esas anomalías.
Investigadores de la Universidad de Washington han utilizado simulaciones de galaxias similares a la Vía Láctea para comprobar qué sucede con las corrientes estelares cuando únicamente actúa la estructura gravitatoria de la galaxia anfitriona. El resultado fue sorprendente: después de miles de millones de años, prácticamente todas las corrientes simuladas presentaban algún tipo de irregularidad.
La consecuencia no es que la materia oscura quede descartada, sino algo más incómodo y científicamente más interesante: antes de atribuir una anomalía a esta sustancia, hay que demostrar que la propia galaxia no puede producirla. Para entender esto, cabe recordar que una corriente estelar es, en términos generales, el resultado de la destrucción gravitatoria de una agrupación de estrellas. Cuando un cúmulo estelar o una pequeña galaxia se aproxima a una mayor, la gravedad de esta última comienza a estirar el objeto hasta que, con el tiempo, sus estrellas quedan distribuidas a lo largo de una estructura extremadamente alargada.
La Vía Láctea está rodeada por numerosas corrientes de este tipo, cuyo interés para los astrónomos reside en que son extraordinariamente sensibles a la gravedad; de hecho, una corriente que inicialmente fuera relativamente estrecha y uniforme puede deformarse por completo al atravesar distintas regiones del potencial gravitatorio galáctico.
La materia oscura no emite, absorbe ni refleja luz de una forma que permita detectarla directamente mediante telescopios convencionales. Su existencia se infiere principalmente por sus efectos gravitatorios sobre la materia visible y sobre la evolución de las estructuras cósmicas.
Los modelos cosmológicos predicen que las galaxias no están compuestas únicamente por una gran distribución difusa de materia oscura, sino que también deberían contener numerosos subhalos, es decir, pequeños conglomerados dominados por esta sustancia. Si uno de estos subhalos atravesara una corriente estelar o pasara cerca de ella, su gravedad podría alterar las órbitas de las estrellas. De ahí nació la estrategia de estudiar las deformaciones de estas corrientes para buscar la presencia indirecta de tales objetos invisibles.
El problema es que una huella gravitatoria no lleva una etiqueta que indique su origen: una corriente estelar puede presentar un hueco porque un subhalo pasó cerca, pero también porque atravesó una región particularmente densa de la propia galaxia, y esa diferencia resulta esencial.
Las dudas sobre la presencia de materia oscura
Para separar ambos efectos, el equipo dirigido por Arpit Arora prefirió no introducir directamente subhalos de materia oscura en las simulaciones. En su lugar, los investigadores construyeron cuatro galaxias de tamaño comparable al de la Vía Láctea sin incluir cúmulos de materia oscura individuales, y colocaron aproximadamente 15.000 corrientes estelares alrededor de estas galaxias simuladas. Este experimento permitió observar qué podía hacer la galaxia anfitriona por sí sola a lo largo de unos 5.000 millones de años, una escala temporal comparable con la evolución de muchas estructuras galácticas.
La hipótesis de partida era razonable: incluso sin subhalos, la gravedad de la galaxia debería producir alguna deformación; lo inesperado fue su magnitud, ya que una galaxia no es un campo gravitatorio perfectamente uniforme. Una de las ideas que este trabajo obliga a revisar es, precisamente, esa representación excesivamente sencilla según la cual, a gran escala, la Vía Láctea puede parecer relativamente ordenada —con un disco, un bulbo central y un halo—, cuando la distribución real de la materia no es perfectamente uniforme.
Debido a que las estrellas, el gas y otras estructuras están distribuidos de manera desigual, existen regiones más densas que otras; una irregularidad suficiente para modificar la trayectoria de cualquier corriente estelar extremadamente frágil. Las simulaciones reprodujeron precisamente ese paisaje paisaje gravitatorio irregular, demostrando que, al atravesar las regiones de mayor densidad, las corrientes podían doblarse, estirarse o fragmentarse. Como consecuencia, el resultado incluía ondulaciones, curvas, ramificaciones, huecos, grumos y estructuras secundarias, llegando en algunos casos a quedar completamente desgarradas.
El dato que más llamó la atención a los investigadores fue que, de las aproximadamente 15.000 corrientes simuladas, solo 70 permanecieron completamente lisas después de cinco mil millones de años. Dicho de otra manera, la corriente estelar perfectamente uniforme parece ser una excepción, no necesariamente la regla.
La gravedad de la propia galaxia se convierte en un ruido de fondo
Si una corriente estelar presenta una anomalía, esa anomalía ya no puede interpretarse automáticamente como evidencia de un subhalo de materia oscura.
La situación puede compararse con intentar detectar una pequeña señal dentro de un sistema que ya produce numerosas perturbaciones. Si no se conoce suficientemente bien el comportamiento natural del sistema, algunas de esas perturbaciones pueden confundirse con la señal buscada.
En este caso, la señal hipotética sería la influencia de un subhalo de materia oscura y el “ruido” correspondería a la estructura gravitatoria normal de la galaxia, por lo que el trabajo de Washington no elimina la señal, sino que mejora la definición del ruido que debe descontarse antes de identificarla. Además, las simulaciones mostraron que la localización de una corriente importa y que las cercanas al centro son especialmente problemáticas; al orbitar más cerca del centro galáctico, atravesaban con mayor frecuencia regiones densas y estructuralmente complejas, acumulando por ello más deformaciones.
Al estar situadas en regiones exteriores, las corrientes tenían, en determinados casos, un entorno gravitatorio menos perturbado, lo cual conlleva consecuencias prácticas para futuras investigaciones al demostrar que no todas las corrientes estelares ofrecen las mismas condiciones para buscar subhalos. Esto se debe a que una deformación observada cerca del núcleo galáctico puede tener explicaciones gravitatorias convencionales mucho más numerosas que una característica similar detectada en una región externa, donde la influencia de la estructura visible de la galaxia es notablemente menor.
¿Significa esto que la materia oscura está en duda? El estudio no invalida el modelo cosmológico que la utiliza para explicar numerosas observaciones, sino que pone en cuestión una interpretación concreta de determinados rasgos de las corrientes estelares. La materia oscura sigue siendo una hipótesis respaldada por múltiples líneas independientes de evidencia cosmológica y astrofísica; lo que verdaderamente cambia es el nivel de confianza con el que puede atribuirse una característica específica de una corriente estelar a un subhalo.
Una vez establecido qué deformaciones pueden producir las galaxias anfitrionas sin subhalos, los investigadores podrán repetir las simulaciones incorporando cúmulos de materia oscura para comparar ambos escenarios. De este modo, la pregunta será mucho más precisa: ¿qué características producen exclusivamente, o de manera significativamente más frecuente, los subhalos de materia oscura? Si determinados patrones aparecen en ambas simulaciones tendrán poco valor como indicadores de materia oscura; por el contrario, si aparecen estructuras que no pueden explicarse mediante la gravedad de la galaxia anfitriona, esas señales adquirirán un mayor interés.
Este enfoque representa un cambio metodológico importante: pasar de buscar cualquier anomalía a buscar anomalías cuya causa alternativa pueda ser descartada, un avance oportuno ahora que el telescopio Rubin está a punto de cambiar drásticamente el volumen de datos disponibles.
De hecho, la investigación llega en el momento en que la astronomía se prepara para disponer de un catálogo mucho mayor de corrientes estelares gracias al Observatorio Vera C. Rubin; mediante su telescopio Simonyi y su gran programa de observación del cielo, este centro está diseñado para detectar objetos débiles y variables a una escala sin precedentes, teniendo entre sus objetivos científicos, precisamente, ampliar el inventario de estructuras estelares de la Vía Láctea.
Más corrientes significarán más oportunidades para estudiar las deformaciones gravitatorias, pero también un problema estadístico mayor: cuanto más se observe, más tipos de irregularidades aparecerán.
Por eso el estudio propone avanzar hacia una especie de taxonomía de las características de las corrientes estelares. Clasificar qué tipos de huecos, curvas, grumos o ramificaciones pueden generar los diferentes mecanismos permitirá comparar las observaciones con modelos físicos mucho más rigurosos. @mundiario