El nuevo mapa estelar que revela los secretos ocultos de la Vía Láctea

En concreto, los datos con los que se ha construido el nuevo mapa provienen de la misión Gaia de la ESA y el Explorador de Levantamiento Infrarrojo de Campo Amplio de Objetos Cercanos a la Tierra de la NASA, o NEOWISE, que operó de 2009 a 2013 bajo el nombre de WISE, pero que ahora se dedica a buscar objetos cercanos a nuestro planeta. El estudio, que se acaba de publicar en la revista ' Nature ', utiliza datos recopilados por la nave espacial entre 2009 y 2018 y se basa en la luz de 1.301 estrellas.

El centro de la Vía Láctea y los alrededores cercanos del halo son bien conocidos por los astrónomos. Sin embargo, la periferia, situada entre unos 200.000 años luz a 325.000 años luz de distancia del centro de la galaxia, ha sido poco estudiada. Por allí vaga una pequeña galaxia, la Gran Nube de Magallanes (LMC, por sus siglas en inglés), llamada así porque es la más grande de las dos galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea. Y, como un barco a través del agua, crea una ' estela ' a su paso por el influjo de su gravedad. Se trata de un fenómeno del que ya se había teorizado, pero que hasta ahora no se había podido constatar ni observar en sus verdaderas dimensiones.

Pero, además de saber qué ocurre con la Gran Nube de Magallanes -de la que los científicos predicen que chocará con nuestra galaxia dentro de unos 2.000 millones de años-, esta alteración del halo brinda una enorme oportunidad a los astrónomos para estudiar la materia oscura, una sustancia que, por su naturaleza, no se puede estudiar directamente . No emite, refleja ni absorbe la luz, aunque sí deja sentir su influjo a través de otro mecanismo: la gravedad . Se trata de una suerte de ' andamio cósmico ' en el que se sustentan las galaxias y se cree que sin él los grupos de estrellas se separarían mientras giran. Y no es un sustento apenas perceptible, ya que se estima que la materia oscura es cinco veces más común en el universo que toda la materia que emite o interactúa con la luz , incluidos cometas, asteroides, planetas, estrellas y nubes de gas.

Aunque hay muchas teorías acerca de la naturaleza de la materia oscura, todas ellas indican que debería estar presente en el halo de la Vía Láctea. Si ese es el caso, la Gran Nube de Magallanes debería dejar una estela de materia oscura. Por eso se piensa que la estela que se puede observar tras la pequeña galaxia en el nuevo mapa es el contorno de esta evasiva sustancia, que se ve alterada con su paso.

«La interacción entre la materia oscura y la Gran Nube de Magallanes tiene grandes implicaciones: a medida que la LMC orbita la Vía Láctea, la gravedad de la materia oscura la arrastra y la ralentiza. Esto hace que la órbita de la galaxia enana se haga cada vez más pequeña, hasta que la galaxia finalmente colisione con la Vía Láctea en aproximadamente 2.000 millones de años», explican en un comunicado desde la NASA. De hecho, este tipo de fusiones «podrían ser un factor clave en el crecimiento de galaxias masivas en todo el universo» e incluso los astrónomos piensan que la Vía Láctea se fusionó con otra pequeña galaxia hace unos 10.000 millones de años.

«Este robo de la energía de una galaxia más pequeña no solo es la razón por la que Gran Nube de Magallanes se está fusionando con la Vía Láctea, sino también por qué ocurren todas las fusiones de galaxias», explica Rohan Naidu , estudiante de doctorado en astronomía en la Universidad de Harvard y coautor del nuevo estudio. «¡La estela en nuestro mapa es una confirmación muy clara de que nuestra imagen de cómo se fusionan las galaxias es acertada!».

Para realizar el mapa, los investigadores se fijaron en una colección de 1.300 estrellas presentes en el halo. Bajo las directrices de Charlie Conroy , coautor del estudio, profesor de la Universidad de Harvard y astrónomo del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian, intentaron averiguar la distancia de esas estrellas con respecto a nuestro planeta. Pero hay un problema: la mayoría e las veces los astrónomos no pueden saber si el brillo que ven en el cielo lo causa una estrella débil y que está cerca o una extremadamente brillante, pero que se encuentra lejos.

Para dirimir esta cuestión, el equipo utilizó datos de la misión Gaia de la ESA, que proporciona la ubicación de muchas estrellas en el cielo, pero que no puede medir las distancias a las estrellas en las regiones exteriores de la Vía Láctea. Es decir, utilizaron la información como descartes de estrellas. Después, también localizaron las estrellas de la Gran Nube de Magallanes y las eliminaron del recuento. De las que quedaban, buscaron estrellas pertenecientes a una clase gigantes con una 'firma' de luz específica detectable por la sonda NEOWISE. Y así pudieron crear el mapa general. Además, incluyeron una región que comienza a unos 200.000 años luz del centro de la Vía Láctea, o aproximadamente donde se predijo que comenzaría la estela de la LMC, y se extiende unos 125.000 años luz más allá.

En colaboración con un equipo de astrofísicos de la Universidad de Arizona en Tucson que crea modelos informáticos que predicen cómo debería ser la materia oscura en el halo galáctico, dieron forma a la estela de la LMC. Una vez que los datos confirmaron que el modelo era correcto, el equipo pudo confirmar lo que otras investigaciones también habían insinuado antes: que es probable que la Gran Nube de Magallanes esté en su primera órbita alrededor de la Vía Láctea. Porque si la minigalaxia ya hubiera realizado múltiples órbitas, la forma y ubicación de la estela serían significativamente diferentes de lo que se ha observado.

Los astrónomos creen que la LMC se formó en el mismo entorno que la Vía Láctea y otra galaxia cercana, M31, y que está cerca de completar una primera órbita larga alrededor de nuestra galaxia (alrededor de 13.000 millones de años). Su próxima órbita será mucho más corta debido a su interacción con nuestra galaxia.

Los autores también piensan que el nuevo mapa, junto con datos adicionales y análisis teóricos, puede proporcionar pruebas para demostrar diferentes teorías sobre la naturaleza de la materia oscura: por ejemplo, si está formada por partículas -como la materia normal-, o cuáles son sus propiedades. Volviendo a la analogía con el barco, los investigadores explican que la estela será diferente si navega por agua o navega en un mar de miel . Es decir, no dejará el mismo tipo de estela . «En este caso, las propiedades de la estela están determinadas por la teoría de la materia oscura que aplicamos».

Así, en el nuevo estudio, otro de los autores, Nicolás Garavito-Camargo y sus colegas de la Universidad de Arizona, utilizaron la popular teoría de la 'materia oscura fría' (el término 'fría' se usa para indicar que la velocidad de sus partículas es mucho menor que la velocidad de la luz, en contraposición a la materia oscura caliente, cuyas hipotéticas partículas viajarían a velocidades relativistas) para realizar sus modelos de predicción. Y estos se ajustaron bastante bien al mapa estelar observado.

«Es un conjunto de circunstancias realmente especial que nos permite probar nuestras teorías de la materia oscura», afirma Gurtina Besla , coautora del estudio y profesora asociada de la Universidad de Arizona. «Pero solo podemos realizar esa prueba con la combinación de este nuevo mapa y las simulaciones de materia oscura que construimos».