En las galaxias espirales que vemos en la actualidad domina la misteriosa materia oscura, que hace girar más rápido sus brazos externos, pero en las de hace 10.000 millones de años no ocurría así y era la materia 'normal' la predominante. Los astrónomos han obtenido este sorprendente resultado al observar galaxias muy antiguas y distantes, y sugieren que la materia oscura tuvo menos influencia en el universo temprano que en el actual.
© ESO/L. Calçada
Comparación del disco de rotación de las galaxias en el universo distante (derecha) y en el universo actual (izquierda), donde la materia oscura (en tonos rojizos) está más concentrada. Como resultado, las partes exteriores de las galaxias distantes giran más lentamente que las de las galaxias del universo local próximo, una diferencia marcada con la longitud de las flechas blancas.
La materia normal o bariónica es la que forma todo lo que nos rodea y podemos ver, como las estrellas, el refulgente gas y las nubes de polvo del universo. Pero existe otra materia invisible: la materia oscura, que no emite ni refleja la luz, solo se puede detectar a través de sus efectos gravitacionales.

La presencia de esta enigmática materia oscura sirve para explicar por qué las partes exteriores de las galaxias espirales cercanas, como Andrómeda, giran más rápido de lo que se esperaría si solo estuvieran compuestas por la materia normal.

En este contexto, un equipo internacional de astrónomos dirigido por Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (Garching, Alemania), ha medido ahora la rotación de seis galaxias masivas con formación estelar en el universo distante en el momento de máxima formación de galaxias, hace unos 10.000 millones de años.

Las regiones exteriores de las galaxias distantes giran más despacio que las zonas más cercanas al núcleo, lo que sugiere que tienen menos materia oscura

Lo que han descubierto ha llamado la atención de los investigadores: a diferencia de lo que ocurre en las galaxias espirales del universo actual, las regiones exteriores de esa media docena de galaxias distantes parecen girar más lentamente que las zonas más cercanas al núcleo, sugiriendo que tienen menos materia oscura de lo esperado. El descubrimiento lo publican esta semana en la revista Nature y en otros tres artículos científicos.
"Sorprendentemente, las velocidades de rotación no son constantes, sino que disminuyen de dentro hacia fuera en las galaxias distantes", comenta Reinhard Genzel, autor principal del trabajo. "Probablemente haya dos causas: que la mayoría de estas galaxias masivas tempranas está fuertemente dominada por materia normal, por lo que la materia oscura desempeña un papel mucho menos importante que en el universo local (el más próximo); y que estos discos tempranos fueron mucho más turbulentos que las galaxias espirales que vemos en nuestra vecindad cósmica".
Los dos efectos parecen ser más marcados a medida que los astrónomos miran más lejos y más atrás en el tiempo, en el universo temprano. Esto apunta a que entre los 3.000 y 4.000 millones de años después del Big Bang, el gas en las galaxias ya se había condensado eficientemente en discos planos y rotantes, mientras que los halos de materia oscura alrededor de ellos eran mucho más grandes y estaban más dispersos hacia las zonas exteriores.

Al parecer, la materia oscura necesitó miles de millones de años más para condensarse, por lo que su efecto dominante solo se ve hoy en día. Esta explicación es consistente con las observaciones que muestran que las primeras galaxias eran mucho más ricas en gas y más compactas que las actuales.

Observaciones con el telescopio VLT

Las seis galaxias analizadas en este estudio formaban parte de una muestra mayor de cien discos galácticos distantes con formación estelar, cuyas imágenes fueron obtenidas por los instrumentos KMOS y SINFONI instalados en el VLT, un enorme telescopio que tiene el Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile.

Aparte de las mediciones de galaxias individuales analizadas, los autores también han creado una curva de rotación promedio, combinando las señales más débiles del resto. Esta curva también muestra la misma tendencia decreciente de la velocidad a medida que se alejaban de los centros de las galaxias. Además, otros dos estudios de más de 240 discos de galaxias con formación estelar apoyan estos resultados.
"Estos descubrimientos mejoran nuestra comprensión de cómo se formaron y evolucionaron las primeras galaxias", valora también en Nature el astrofísico Mark Swinbank, quien destaca que esta nueva información puede explicar "cómo las galaxias grumosas, irregulares y formadoras de estrellas vistas en el universo distante se transformaron en galaxias espirales distintivas, como nuestra Vía Láctea".