Com se’n diu d’una galàxia sense estrelles?

Com se’n diu d’una galàxia sense estrelles? Un equip de radioastrònoms ha anunciat recentment la descoberta de la galàxia més fosca mai (no) vista, un núvol gasós d’hidrogen semblant a la nostra Via Làctia en molts sentits, com en la seva massa i rotació, però sense estrelles discernibles. “El que podríem tenir al davant –recalco: podríem– és la descoberta d’una galàxia primigènia, que és tan difusa que no ha estat capaç de formar estrelles”, ha declarat Karen O’Neil, de l’Observatori de Green Bank (Virgínia de l'Oest, EUA).

Poc després, un grup d’astrònoms espanyols encapçalat per Mireia Montes, investigadora de l’Institut d’Astrofísica de les Canàries (IAC), revelava el descobriment d’una altra galàxia pràcticament desproveïda d’estrelles que van denominar Nube. “Amb el coneixement actual, no entenem com pot existir una galàxia amb unes característiques tan extremes”, assenyala la Dra. Montes en un comunicat emès per l’IAC. La Dra. Montes és la primera signant de l’article publicat recentment a la revista especialitzada Astronomy & Astrophysics.

Per tant, podem afegir les galàxies fosques a la matèria fosca, l’energia fosca i tota la resta de termes relatius a la foscor que conté la terminologia astronòmica.

Les galàxies fosques són entitats amb estrelles tan disperses i tènues que la llum que emeten només es pot copsar com una boirina prima i transparent que no sembla contenir cap estel. Anteriorment es coneixien les galàxies fosques com a “galàxies de baixa lluentor superficial” o “galàxies ultradifuses”, però el temps i l’argot no s’aturen mai. A mesura que els astrònoms es capbussen cada cop més profundament al cel amb ulls més potents i intel·ligents, van apareixent galàxies fosques cada cop més sovint, cosa que posa en qüestió concepcions que han perdurat durant molt de temps sobre la formació i l’evolució de les galàxies.

Una troballa accidental

Aquests fantasmes tènues són difícils de detectar i encara més difícils d’estudiar. Calen hores o dies d’observació per ajustar el focus a la seva llum estel·lar visible. Una manera de fer-ho és pentinar el cel amb radiotelescopis sintonitzats a la freqüència del gas d’hidrogen interestel·lar de què estan imbuïdes les galàxies.

La Dra. O’Neil va participar en un estudi d’aquest tipus en què es van emprar diversos telescopis per examinar unes 350 galàxies de baixa lluentor superficial. “Vaig cometre una errada a l'introduir les coordenades de la galàxia que volia observar i el telescopi va apuntar a una altra part del cel”, explicava recentment en un correu electrònic. El telescopi va topar amb una cosa que l’astrònoma no havia vist mai. “És una galàxia formada només de gas, no hi ha estrelles visibles –comenta–. N’hi podria haver, però senzillament no som capaços de veure-les”.

La galàxia coneguda com a J0613+52 es troba a uns 270 milions d’anys llum de la Terra. Sura entre 2.000 milions de masses solars d’hidrogen primigeni format al Big Bang, però la galàxia no forma estrelles, probablement perquè el gas està massa difús per condensar-se i constituir els núvols que esdevenen estels. A més, no hi ha galàxies als voltants amb una influència gravitatòria que pugui desencadenar aquesta condensació. “La J0613+52 està alhora impertorbada i poc desenvolupada –explica la Dra. O’Neil–. Podria ser el primer descobriment d’una galàxia pròxima formada per gas primigeni”.

Una Nube diminuta

L’altra nova galàxia fosca, la Nube, és molt més petita que la J0613+52 però igualment intrigant, en paraules de la Dra. Montes. El nom el va proposar la filla de cinc anys del seu col·lega Ignacio Trujillo, perquè les estrelles de la galàxia estan tan dispersament escampades per un volum molt extens que el col·lectiu resulta gairebé indetectable.

El Dr. Trujillo observava unes imatges d’una franja de cel que havia captat el projecte Cartografiat Digital del Cel Sloan (SDSS, per les seves sigles en anglès), un estudi de l’Univers amb una llarga trajectòria, quan va veure una petita i misteriosa llum difuminada. Després d’entrenar el Gran Telescopi de les Canàries, actualment el telescopi òptic més gran del món, per examinar la tènue clapa de llum, va arribar a la conclusió que es tractava d’una galàxia de petites dimensions. Era tan transparent que s’hi entreveien altres galàxies més llunyanes a través.

L’equip calcula que la Nube és una galàxia nana amb una lluentor equivalent tan sols a una desena part de la d’altres d’aquest tipus, tot i ser deu cops més extensa que galàxies amb un nombre comparable d’estels. “Per il·lustrar-ho a qualsevol persona que sàpiga una mica d’astronomia, aquesta galàxia té una mida que equival a una tercera part de la Via Làctia però una massa semblant a la del Petit Núvol de Magalhães”, afirma la Dra. Montes, fent referència a una galàxia que és un satèl·lit de la Via Làctia visible des de l’hemisferi sud.

Un esquelet invisible

Al llarg de l’últim segle, començant amb els treballs de Fritz Zwicky –un astrònom suís nascut a Bulgària que treballava a l’Institut Tecnològic de Califòrnia– als anys 30, els astrònoms han anat arribant progressivament a la conclusió que la major part de l’Univers està formada per entitats que ens resulten invisibles. Les galàxies estan embolcallades de núvols del que es coneix com a matèria fosca, que és més abundant que la matèria atòmica convencional –de la qual estem fets tant nosaltres com les estrelles–, en una proporció de 6 a 1. Ningú sap què és la matèria fosca, però la seva gravetat és el que atreu la matèria convencional i en forma núvols que s’encenen per engendrar estrelles i galàxies.

La concepció hegemònica els últims 40 anys sosté que la matèria fosca comprèn hipotètiques partícules exòtiques denominades partícules massives d’interacció feble (WIMP, per les sigles en anglès). Aquestes partícules, que són restes del Big Bang, són invisibles i lentes en comparació amb la velocitat de la llum, i només són detectables pel seu efecte gravitatori sobre altres objectes. En simulacions informàtiques, aquesta “matèria fosca freda” reprodueix les macroestructures observades a l’Univers, com ara les galàxies i els cúmuls de galàxies.

Ara bé, en les simulacions per ordinador d’estructures més petites, aquest model de la matèria fosca falla. En les galàxies nanes, a tall d’exemple, la matèria fosca hauria de traduir-se en unes concentracions centrals d’estrelles més denses que les que s’observen en la realitat. Molts astrofísics atribueixen aquesta discrepància a la seva pròpia incapacitat d’elaborar models de fenòmens complexos i embolicats com les ones de xoc i els camps magnètics –l’anomenada gastrofísica– que s’imposen quan els àtoms s’acosten els uns als altres.

A més, els físics de partícules no han aconseguit produir o detectar cap d’aquestes partícules al laboratori. Alguns científics han proposat l’existència d’altres versions de la matèria fosca –com ara la matèria fosca “difusa” o “calenta”, que consta d’hipotètiques partícules ultralleugeres anomenades axions–, o fins i tot d’un “sector fosc” de partícules i forces invisibles les quals suposadament engendrarien galàxies d’una factura diferent.

L’estudi de les galàxies fosques constitueix una oportunitat única d’explorar l’origen i l’evolució de les galàxies i de posar a prova idees sobre la matèria fosca de què estan amarades.

Una fosca controvèrsia

La difusió òptica de la Nube fa que els astrònoms puguin veure la forma de l’halo de matèria fosca subjacent a la galàxia nana, explica la Dra. Montes. Aquesta forma, semblant a la d’un plàtan, un cigar o una planxa de surf, sembla incompatible amb el comportament que s’espera de la matèria fosca freda, i encaixa més amb el de la matèria fosca difusa. Aquesta conclusió revolucionaria la física i la cosmologia, tot i que està lluny de suscitar unanimitat.

Jeremiah P. Ostriker, expert en l’evolució i l’estructura de les galàxies de la Universitat de Colúmbia, hi està d’acord. Afirma que, en galàxies de baixa massa, el model de la matèria fosca freda prediu que hi hauria d’haver més estrelles al centre de la galàxia i cada cop menys a mesura que s’avança cap a la perifèria. Tanmateix, altres tipus de matèria fosca es podrien concentrar d’una manera diferent i presentar una distribució més equitativa de la brillantor. “Aquests nous sistemes de baixa lluentor superficial encaixen més amb la matèria fosca difusa que amb la freda”, explica el Dr. Ostriker per correu electrònic.

La Dra. Montes i els seus coautors no n’estan tan segurs. “Encara que la matèria fosca difusa podria rebaixar algunes de les tensions a petita escala que sorgeixen en la hipòtesi de la matèria fosca freda, cal continuar treballant per avaluar aquest model”, escriuen al seu article.

La Dra. O’Neil i el seu equip esperen detectar llum estel·lar visible a la galàxia invisible J0613+52. Això els ajudaria a discernir quina mena d’estrelles habiten en una galàxia d’aquest tipus. “Si no en detectéssim, també seria engrescador, perquè implicaria que hem trobat una cosa amb un contingut estel·lar molt més difús que res que s’hagi vist mai”, diu.

Posem per cas que no trobessin res. A partir de quin punt es considera que una entitat és massa fosca per ni tan sols poder-ne dir galàxia? “És una pregunta molt interessant”, comenta la Dra. O’Neil. Tradicionalment, el terme galàxia ha fet referència a un conjunt d’estrelles i gas. Més tard s’hi va afegir la matèria fosca. “Ara sembla que la presència d’estrelles podria no ser indispensable en la definició –assenyala–. Aquest nou tipus d’objecte obre de bat a bat el concepte de què és una galàxia i ens obliga a revisar-lo”.