El llamado modelo cosmológico estándarexplica qué ocurrió después del Big Bang. Dice que el Universo se expande desde entonces, pero que en algunos puntos la gravedad permite que la materia se concentre y forme galaxias, por ejemplo.Este modelo se basa en la Relatividad General de Einstein, en la energía oscura y en la materia oscura. Esta última es básicamente una fuente de gravedad invisible que es la que permite entender la velocidad y la estructura que se ven en las galaxias lejanas. Sin embargo, cuando se mira más cerca, aparecen cosas que no se pueden explicar si se da por sentado que existe una materia oscura invisible. Es el caso de las galaxias enanas que giran en torno a nuestra galaxia, la Vía Láctea, y su vecina, Andrómeda. Para algunos científicos estas galaxias satélite son una prueba de que el modelo cosmológico estándar es erróneo. Otros recuerdan que la teoría funciona bien para explicar lo que vemos lejos, y que podría ocurrir que la Vía Láctea y Andrómeda sean excepcionales y que esto nos lleve a engaño.

Foto: Imagen de Centauro A, a 13 millones de años luz

Ahora, un estudio publicado en Science, y elaborado por un equipo internacional de astrónomos, ha presentado unos resultados que siembran nuevas dudas sobre el modelo cosmológico estándar. Sus observaciones de la galaxia Centauro A, situada a 13 millones de años luz de la Tierra, han sugerido que la materia oscura, ingrediente indispensable del modelo cosmológico estándar, tampoco puede explicar el comportamiento de sus galaxias satélite.

«Lo importante de este hallazgo es que cuestiona la validez de ciertas simulaciones y modelos cosmológicos como explicaciones válidas para la distribución de galaxias y sus satélites en el Universo», ha dicho Marcel Pawlowski, coautor del estudio e investigador en la Universidad de California, en Irvine (EE.UU.). «Esto es un serio reto para nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan las galaxias satélite», ha añadido para ABC.

El enjambre de galaxias

El motivo es que el modelo estándar explica que si la materia oscura es la que permite la formación de las galaxias, deberíamos encontrar lo siguiente: grandes galaxias rodeadas por pequeñas galaxias satélite dispersas aleatoriamente en una nube. Además estas enanas serían como un enjambre de mosquitos, y se moverían en todas direcciones.

Otra imagen de Centauro A, rodeada por un número incontable de galaxias
Otra imagen de Centauro A, rodeada por un número incontable de galaxias

Pero ni la Vía Láctea ni Andrómeda tienen galaxias satélite que se comporten así. En lugar de eso, allí las enanas se colocan en un plano y además la mayoría gira en la misma dirección.

Ahora, la galaxia Centauro A se ha convertido en otra excepción que pone en duda ese modelo cosmológico. Allí las galaxias satélite también están más o menos colocadas en un estrecho disco, y no distribuidas al azar como se esperaría de una galaxia formada gracias a la materia oscura.

Desplazamiento al rojo y al azul

Para llegar a estas conclusiones, los investigadores midieron los movimientos de 11 galaxias satélite de la Vía Láctea (de las 50 que se conocen), «sencillamente» tomando imágenes cada tres años o más de sus estrellas para medir su velocidad y su órbita. También midieron el movimiento de los satélites de Andrómeda, pero esta vez con un método distinto. Como el plano de esta galaxia está de canto en relación con nosotros, los astrónomos midieron el desplazamiento al rojo y al azul de sus 27 satélites conocidos. Esto les permitió averiguar cuáles se estaban acercando o alejando de la Tierra.

Este desplazamiento al rojo o al azul se produce a causa del efecto Doppler, que también explica lo que ocurre con el sonido: si una fuente emisora (como una ambulancia) se acerca a nosotros, la onda del sonido se desplaza hacia el agudo, porque suma su velocidad a la de la ambulancia y esto cambia su frecuencia. En el caso de la luz, cuando una fuente emisora se acerca, se desplaza al azul. Pero si la fuente que emite el sonido, la ambulancia, se aleja, la onda se desplaza hacia los graves. En el caso de la luz, este desplazamiento es hacia las frecuencias que corresponden al rojo.

Desplazamiento al rojo y al azul de una estrella que se aleja y acerca, respectivamente
Desplazamiento al rojo y al azul de una estrella que se aleja y acerca, respectivamente

Los astrónomos usaron el mismo método en Centauro A, analizando la luz de las 16 galaxias satélite que ya se conocían. «Vimos que la mitad de ellas estaban desplazadas hacia el rojo, lo que quiere decir que se alejan, y que la otra mitad está desplazada hacia el azul, lo que nos dice que se acercan», explica Pawlowski.

De hecho, los investigadores han podido demostrar que 14 de las 16 galaxias satélite de Centauro A comparten un patrón de movimiento y que giran en un mismo plano, lo que para nada concuerda con el patrón aleatorio predicho por el modelo cosmológico estándar.

Pasar algo por alto

El modelo cosmológico estándar predice que en casos excepcionales, en el 0,5 por ciento de las galaxias, los satélites no se distribuyen al azar. Pero a día de hoy, ya se han encontrado tres excepciones. Es más, entre las galaxias similares a Centauro A, habría que encontrar que su distribución tan organizada aparece en 200 de cada 1.000. Pero los investigadores han encontrado un caso a la primera.

«Esto quiere decir que hemos pasado algo por alto», ha dicho Pawlowski. «Puede ser que el modelo cosmológico sea erróneo, lo que podría requerir cambiar el paradigma y tener en cuenta partículas mucho más exóticas de materia oscura o una gravedad modificada», explica a este periódico. «O también podría ser que al modelo le faltara un ingrediente, lo que parece más improbable».

En todo caso, el coautor sostiene que «esta investigación puede ser entendida como un impulso para investigar modelos alternativos». De hecho, esta es la única salida cuando se encuentran casos que no pueden ser explicados con las teorías usadas normalmente.

La fusión de galaxias

La opción más plausible que han explorado es que las galaxias satélite se formen en eventos de fusión o encuentro entre galaxias. «La explicación alternativa son las llamadas galaxias enanas de marea, que se pueden formar cuando dos grandes galaxias colisionan», dice Pawlowski. Después del complejo baile entre dos grandes galaxias, cuyos brazos y estructuras se reorganizan y fusionan, podría ser que en la periferia se formasen esas cuentas de collar, las galaxias enanas satélite. Esto significaría, por ejemplo, que el hallazgo de satélites en un anillo sería una prueba de pasadas colisiones.

Fusión de galaxias en la constelación de El Can Mayor
Fusión de galaxias en la constelación de El Can Mayor

¿Por qué la materia oscura del modelo cosmológico estándar no puede explicar la generación de las galaxias satélite y sí otras? Si esta no es la explicación, entonces, ¿por qué y cómo se formaron las galaxias después del Big Bang? ¿Suelen chocar las galaxias grandes y formar esos anillos de galaxias satélite?

Para intentar resolver estas apasionantes preguntas primero hay que dar pasos pequeños. Marcel Pawlowski dice que seguirán estudiando las galaxias satélite de Centauro A y que tratarán de buscar otras en otros lugares para poder aplicar la estadística. Además, tratarán de usar modelos alternativos al de la materia oscura fría, que es la que se baraja en el modelo estándar. Otras opciones son la materia oscura caliente, la materia oscura auto-interaccionante o la gravedad modificada, entre otras.

En conclusión, ocurre que el modelo cosmológico estándar explica la mayor parte del Universo observable (sin tener en cuenta el problema de las galaxias satélite), pero que se basa en una sustancia, la materia oscura, que hasta ahora ha sido imposible de detectar. La historia dice que cuando algo así ocurre, es porque se está cerca de un importante descubrimiento. Por ejemplo, hace poco más de un siglo las leyes de Newton explicaban casi todos los movimientos astronómicos, con excepción de una extraña anomalía de Mercurio. Pero después, la Relatividad General de Einstein pudo por fin comprender este fenómeno y acabó «echando por tierra» la física de Newton.

/psg