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Plancton cósmico

Las galaxias satélite de la Vía Láctea y de otras grandes galaxias vecinas se comportan de una manera muy distinta a como predicen las simulaciones. ¿Falla algo en el modelo cosmológico estándar?

La galaxia enana del Escultor (imagen) es una de las galaxias satélite que orbitan alrededor de la Vía Láctea. Debido a su cercanía, es posible resolver las estrellas individuales que la forman. [OBSERVATORIO EUROPEO AUSTRAL (CC BY 4.0)]

En síntesis

Las grandes galaxias, como la Vía Láctea, se encuentran rodeadas por multitud de pequeñas galaxias satélite. Aunque poseen muy pocas estrellas, estas estructuras exhiben una proporción muy elevada de materia oscura.

Las galaxias enanas desempeñan un papel importante en la formación y evolución de las galaxias mayores. Sin embargo, su distribución y comportamiento no coinciden con el que predicen las simulaciones cosmológicas.

Aunque esta discrepancia se conoce desde hace tiempo, varias observaciones recientes la han exacerbado. ¿Son los casos estudiados hasta ahora una excepción? ¿Falla algo en las simulaciones? ¿O hay un problema en el modelo cosmológico estándar?

Si pensáramos en los seres vivos del océano, ¿cuál sería el primero que nos vendría a la cabeza? ¿Quizá las majestuosas ballenas? ¿Los pulpos? ¿O tal vez los delfines o los tiburones? Las posibilidades abundan, pero seguramente jamás pensaríamos en el plancton. No obstante, no hay en el mar seres vivos más numerosos que estos omnipresentes organismos acuáticos.

Algo parecido ocurre con el universo. Cuando pensamos en el cosmos, solemos imaginar fascinantes galaxias espirales o gigantescas nebulosas con impresionantes formas y colores. Pero, junto a ellas, existen otras estructuras mucho menos llamativas que, sin embargo, representan la mayor fuente nutritiva del universo: las galaxias enanas. Ajenas a nuestra atención, estas pequeñas agrupaciones estelares son las que sostienen el crecimiento de las estructuras de mayor tamaño.

Para entender cómo interaccionan los distintos objetos que pueblan el cosmos resulta esencial comprender las galaxias enanas. Pero, en los últimos años, se han acumulado varias observaciones inesperadas asociadas a ellas. Es particular, su comportamiento no parece encajar con las predicciones del modelo cosmológico estándar, basado en la existencia de la enigmática materia oscura. Pero vayamos por orden.

En los años treinta del siglo pasado, Harlow Shapley, del Observatorio del Harvard College, realizó un sorprendente descubrimiento. Gracias a uno de los mayores telescopios de la época, situado en Sudáfrica, Shapley encontró un nuevo tipo de galaxias. Para entonces, Edwin Hubble ya había clasificado las galaxias en diferentes tipos. Por un lado estaban las galaxias elípticas, alojadas sobre todos en los cúmulos galácticos, y por otro las espirales, más frecuentes en las regiones solitarias del cosmos. Todas las galaxias se encuentran muy lejos de nosotros, por lo que resulta casi imposible distinguir sus estrellas individuales. Por medio de varias técnicas innovadoras, Shapley encontró un extraño objeto extenso en la constelación austral del Escultor. Aunque presentaba las características de una galaxia, era posible distinguir las estrellas que lo formaban. Tenía que hallarse, por tanto, muy cerca de nosotros. Al igual que una luna y un planeta, debía tratarse de una especie de «satélite» en órbita alrededor de la Vía Láctea. Esta analogía cuadraba además con su tamaño: mientras que la luminosidad de aquel nuevo objeto era equivalente a la de unos pocos millones de soles, la Vía Láctea brilla con el fulgor de unos 200.000 millones.

El objeto descubierto por Shapley se conoce hoy como galaxia enana del Escultor y representa el arquetipo de este tipo de estructuras. Al contener un número relativamente pequeño de estrellas, estas galaxias presentan un aspecto difuso y se observan como manchas celestes que pueden pasar inadvertidas con facilidad. Son por tanto complicadas de encontrar, pero resultan de enorme interés para los cosmólogos. Y aunque escasas en estrellas, son ricas en otra componente: la misteriosa materia oscura. Ningún otro tipo de galaxia contiene materia oscura en una proporción tan elevada como las galaxias enanas. Y precisamente por tener pocas estrellas, son comparativamente fáciles de investigar. Ello las convierte en excelentes «laboratorios» para estudiar la materia oscura.

A comienzos del presente siglo, el modelo cosmológico estándar había adquirido ya su forma actual. Este se basa en la teoría general de la relatividad de Einstein y, además de la materia visible, postula la existencia de materia y energía oscuras. Esta última es una componente de naturaleza desconocida causante de la expansión acelerada del universo. Gracias a las simulaciones con superordenadores, los astrónomos pueden hacerse una idea de cómo evolucionó el universo desde la gran explosión hasta nuestros días. Las primeras estructuras en formarse fueron aquellas de poco tamaño; es decir, las galaxias enanas. Con el tiempo, estas fueron juntándose para dar lugar a otras mayores. El resultado fueron las galaxias como la nuestra. Y al igual que una ballena se nutre de plancton, la Vía Láctea incorporó en su seno innumerables galaxias enanas hasta alcanzar su tamaño actual. Las simulaciones numéricas dejan claro, pues, que las galaxias enanas constituyen los ladrillos con los que se construyen las galaxias más complejas. Es aquí donde aparecen los problemas.

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