Un estudio liderado por la investigadora Laura Scholz del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) halla, por primera vez, evidencias observacionales de que la evolución y propiedades de las galaxias no sólo están condicionadas por la masa de las estrellas que contienen, sino también por el efecto de los halos de materia oscura que las rodean. Los resultados se publican en la revista especializada Nature Astronomy.

La materia oscura constituye aproximadamente el 85% de la materia del Universo. Si bien la materia ordinaria absorbe, refleja y emite luz, la materia oscura no se puede ver directamente, lo que dificulta su detección. Su existencia se infiere a partir de sus efectos gravitacionales en la materia visible, la que forma estrellas, planetas y otros objetos del cosmos.

Las galaxias están compuestas de estos dos tipos de materia. La materia oscura se distribuye en halos, que son gigantescas estructuras alrededor de las galaxias, mientras que la materia ordinaria está más presente en las regiones centrales donde se halla la mayor parte de las estrellas.

Tradicionalmente, los estudios observacionales acerca de la evolución de las galaxias se han centrado en el papel de la materia ordinaria, a pesar de ser una cantidad relativamente pequeña de la masa de una galaxia. Desde hace décadas existen predicciones teóricas sobre el efecto que la materia oscura tendría en la evolución de las galaxias. Sin embargo, y pese a numerosos esfuerzos, no existe hasta la fecha un consenso claro.

Ahora, una investigación liderada por un equipo del IAC ha conseguido confirmar, por primera vez a través de métodos observacionales, el efecto de la materia oscura en la evolución de las galaxias. “La materia oscura tiene una influencia evidente en las galaxias, porque podemos medirla, pero es el efecto en la evolución de las galaxias lo que hemos encontrado; es algo que se había postulado, aunque no teníamos la herramienta para estudiarlo de manera observacional”, explica Laura Scholz Díaz, investigadora predoctoral del IAC y primera autora del artículo.

Para poder estudiar el efecto de la materia oscura el equipo se ha centrado en la diferencia entre la masa estelar de una galaxia y la que se puede inferir de su rotación, denominada masa total dinámica. La investigación reveló que las edades, el contenido en metales, la morfología, el momento angular y la tasa de formación estelar de las galaxias no solo dependen de la masa de sus estrellas, sino también de la masa total, y esta necesita incorporar un componente de materia oscura que se ajusta con las estimaciones de masa del halo.

“Hemos visto que en galaxias con igual masa estelar, sus poblaciones estelares se comportan distinto dependiendo de si su halo tiene más o menos materia oscura, es decir, que la evolución de una galaxia, desde que se forma hasta la actualidad, está modulada por el halo de materia oscura en el que está contenida; si hay un halo más o menos masivo, la evolución de la galaxia va a ser distinta en el tiempo, y eso se ve reflejado en las propiedades de las estrellas que la habitan”, añade Ignacio Martín Navarro, investigador del IAC y coautor del estudio.

En el futuro, el equipo planea hacer mediciones de poblaciones estelares a distintas distancias del centro galáctico y comprobar si esta dependencia entre el halo de materia oscura y las propiedades de sus estrellas se mantiene a lo largo de todo su radio. Un siguiente paso en las investigaciones permitirá estudiar la relación entre los halos de materia oscura y la estructura a gran escala del Universo.

“Estos halos de materia oscura no se crean solos, sino que están conectados por filamentos que forman parte de la estructura a gran escala denominada red cósmica”, señala Scholz. “Parece que la masa de los halos está modulando las propiedades de las galaxias, pero podría ser el resultado de la posición que los halos ocupan dentro de la red cósmica. En los próximos años queremos ver el efecto de esta estructura a gran escala en el contexto de lo que estamos estudiando”, señala la investigadora. 

Este estudio se ha centrado en 260 galaxias del cartografiado CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area), un proyecto internacional el que participa activamente el IAC bajo la coordinación de Jesús Falcón Barroso, también coautor del artículo. "Este sondeo proporciona información espectral y abarca una cobertura espacial de galaxias sin precedentes –apunta el investigador–. Estas galaxias fueron observadas con una configuración de alta resolución para obtener medidas detalladas de sus propiedades cinemáticas, lo que ha permitido hacer un estudio preciso del movimiento de sus estrellas e inferir la distribución de masas total de las galaxias".

Artículo: Scholz-Díaz, L., Martín-Navarro, I., Falcón-Barroso, J. et al. "Baryonic properties of nearby galaxies across the stellar-to-total dynamical mass relation". Nat Astron (2024): https://doi.org/10.1038/s41550-024-02209-8

Contactos en el IAC:
Laura Scholz, laura.scholz [at] iac.es (laura[dot]scholz[at]iac[dot]es)
Ignacio Martin Navarro, ignacio.martin [at] iac.es (ignacio[dot]martin[at]iac[dot]es)
Jesús Falcón, jesus.falcon [at] iac.es (jesus[dot]falcon[at]iac[dot]es)