¿Cuánta materia oscura es precisa para crear una galaxia?

Un equipo internacional de astrónomos, con la participación de científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y de la Universidad de La Laguna, ha determinado por primera vez la cantidad de materia oscura que se necesitó en los orígenes del Universo para la formación de galaxias como la Vía Láctea. En concreto, según sus datos, la cifra asciende a unos trescientos mil millones de veces la masa del Sol.

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Galaxias como la Vía Láctea se formaron hace miles de millones de años a partir de nubes de gas que colapsaron por la fuerza de la gravedad. La intensidad de este proceso es clave para la formación o no de la galaxia y, en este punto, la materia oscura es un factor decisivo. "¿Si se empieza la formación de una galaxia con poca materia oscura, entonces la galaxia no llega a crearse. En cambio, si se cuenta con la cantidad adecuada, surgirá una galaxia llena de nuevas estrellas?", señala la investigadora de la Universidad de California y líder del estudio, Asantha Cooray. Esa cantidad precisa que completa la receta es de trescientos mil millones de veces la masa del Sol. Ésta última, a su vez, es más de un millón de veces mayor que la de la Tierra.

Según explican los autores, se piensa que las galaxias en el universo primitivo se formaron en puntos donde existían halos de materia oscura. Estos halos actuarían como pozos que acumulan y atraen hacia su interior grandes cantidades de gas y polvo, los otros ingredientes necesarios para formar galaxias. La densidad de gas y polvo aumenta hasta colapsar a medida que caen en esos halos de materia oscura.

Gracias a este fenómeno surgen las estrellas y eventualmente una galaxia, o más de una, habida cuenta de que siempre que haya suficiente materia oscura se pueden llegar a formar varias galaxias en el mismo halo. De hecho, las imágenes de Herschel han revelado también que hay un gran agrupamiento de las galaxias, mayor que el que se conocía previamente.

El hallazgo del equipo de astrónomos también deja patente lo abundante que es la materia oscura en el Universo. La materia normal, aquella que está presente en el cuerpo humano, los planetas, las estrellas y las galaxias, tiene una presencia cinco veces menor. Con todo, los telescopios nunca la han logrado detectar y su existencia sólo se deduce a partir de la influencia de su gravedad sobre la materia que sí emite luz.

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Para abordar una investigación sobre la materia que no se ve, el equipo trabajó con Herschel, el mayor telescopio espacial en funcionamiento, lanzado al espacio en mayo de 2009. El dispositivo, de 3,5 metros de diámetro, detecta luz en el rango del infrarrojo lejano, a longitudes de onda unas mil veces mayores que las de la luz visible, la que ve el ojo humano y estudian los telescopios tradicionales. Esta capacidad le ha permitido estudiar una gran diversidad de objetos cósmicos, desde asteroides y planetas en nuestro sistema solar hasta galaxias muy lejanas.

Proyecto Hermes

El trabajo que ahora publica 'Nature' se engloba dentro del proyecto HerMES, que ha realizado observaciones con la cámara SPIRE de Herschel para medir la luz infrarroja emitida por galaxias masivas muy lejanas en las que se están formando estrellas muy rápidamente. En concreto, el equipo ha utilizado las imágenes de dos regiones del cielo en la constelación de la Osa Mayor. Las enormes distancias a las que se encuentran estas galaxias hacen que su luz tarde unos diez mil millones de años en cruzar el Universo y llegar hasta la Tierra. Cuando emitieron la luz que detecta Herschel, la edad del Universo era de unos tres mil millones de años. La edad actual del Universo es de unos catorce mil millones de años.

El telescopio espacial no ha estudiado la luz infrarroja de cada galaxia de forma individual, sino la suma de la luz emitida por cada una de ellas, lo que genera el llamado fondo cósmico infrarrojo. La capacidad del telescopio para obtener rápidamente imágenes de ese fondo infrarrojo con mejor resolución angular que otras misiones espaciales anteriores permite estudiar las propiedades estadísticas de esa emisión de fondo.