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Telescopio Roman de la NASA buscará acumulaciones de materia oscura

Ilustración de la galaxia de Andrómeda contra el fondo negro de espacio.
A veces, las estrellas pueden desprenderse de los cúmulos globulares mientras orbitan una galaxia masiva. Los investigadores han identificado varios casos en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y también han detectado espacios entre estos rizos curvos. ¿Qué ocasionó esos espacios? Una posibilidad es que haya sido una sustancia conocida como materia oscura. Tras el lanzamiento del telescopio espacial Nancy Grace Roman, los astrónomos utilizarán sus vastas imágenes de alta definición para detectar por primera vez muchas más corrientes de marea galáctica —y potencialmente los espacios vacíos que viajan con ellas— en las galaxias cercanas. Una de las principales candidatas es nuestra vecina, la galaxia de Andrómeda, que aparece en la ilustración de arriba. Pronto, los investigadores no solo podrán identificar las corrientes de marea en Andrómeda, sino que también podrán usar la aguda resolución de Roman para identificar más propiedades de esta misteriosa sustancia.
NASA, Joseph Olmsted (STScI)

Algunos de los detalles más refinados y pequeños del universo —los espacios entre grupos alargados de estrellas— pronto podrían ayudar a los astrónomos a revelar la materia oscura con mayor detalle que nunca. Después del lanzamiento del telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, previsto para mayo de 2027, los investigadores utilizarán sus imágenes para explorar lo que existe entre los rizos curvos de las estrellas que son expulsadas de los cúmulos globulares. Específicamente, se centrarán en las corrientes de marea provenientes de los cúmulos globulares que orbitan nuestra vecina galaxia de Andrómeda. Su objetivo es identificar un mayor número de ejemplos de estas corrientes de marea, examinar los espacios entre las estrellas e, idealmente, determinar las propiedades concretas de la materia oscura.

Las corrientes de los cúmulos globulares son como cintas que se agitan en el cosmos, viajando por delante y por detrás de los cúmulos globulares donde se originaron estas corrientes a lo largo de sus órbitas. Sus longitudes en nuestra galaxia, la Vía Láctea, varían enormemente. Las corrientes estelares muy cortas son relativamente jóvenes, mientras que las que envuelven completamente una galaxia pueden ser casi tan antiguas como el universo. Una corriente que envuelve por completo la galaxia de Andrómeda podría tener más de 300.000 años luz de largo, pero menos de 3.000 años luz de ancho.

Con el telescopio Roman, los astrónomos podrán buscar por primera vez las corrientes estelares de los cúmulos globulares en las galaxias cercanas. El instrumento de campo amplio de Roman tiene 18 detectores que producirán imágenes 200 veces más grandes que la cámara de infrarrojo cercano del telescopio espacial Hubble, con una resolución ligeramente mayor.

“Roman podrá captar una inmensa imagen panorámica de la galaxia de Andrómeda, lo que simplemente no es posible con ningún otro telescopio”, comentó Christian Aganze, autor principal de un artículo reciente sobre este tema y postdoctorado de la Universidad de Stanford en California. “También proyectamos que Roman será capaz de detectar estrellas individualmente”.

Imaginemos los resultados: las vastas y exquisitamente detalladas imágenes de Roman permitirán a los investigadores identificar fácilmente muchos ejemplos de corrientes de cúmulos globulares en Andrómeda. Hasta la fecha, los astrónomos que utilizan los telescopios existentes en el espacio y en tierra se han limitado a estudiar una cantidad un poco menor de las corrientes de los cúmulos globulares dentro de nuestra Vía Láctea.

La enorme huella del instrumento de campo amplio del próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman muestra cuánto podría observar su cámara en una sola imagen. (El instrumento de campo amplio tiene 18 detectores cuadrados). Dentro de esta huella hay una imagen simulada de Roman. El fondo es una imagen desde tierra del disco principal de la galaxia Andrómeda tomada por el Sondeo Digital del Cielo. Para dar una escala, se proporciona una foto de la Luna llena tomada por el Orbitador de Reconocimiento Lunar de la NASA.
La enorme huella del instrumento de campo amplio del próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman muestra cuánto podría observar su cámara en una sola imagen. (El instrumento de campo amplio tiene 18 detectores cuadrados). Dentro de esta huella hay una imagen simulada de Roman. El fondo es una imagen desde tierra del disco principal de la galaxia Andrómeda tomada por el Sondeo Digital del Cielo. Para dar una escala, se proporciona una foto de la Luna llena tomada por el Orbitador de Reconocimiento Lunar de la NASA. Andrómeda tiene un diámetro de unos tres grados en el cielo, mientras que la Luna tiene unos 0,5 grados de diámetro. (En realidad, la Luna es mucho más pequeña que Andrómeda, pero también está mucho más cerca). La huella del instrumento de campo amplio capta 0,28 grados cuadrados del cielo en una sola toma. Andrómeda es una galaxia espiral que es similar en tamaño y estructura a nuestra Vía Láctea, pero es más masiva. Está situada a unos 2,5 millones de años luz de la Tierra.
Imagen: NASA, NASA-GSFC, ASU, Robert Gendler DSS; Simulación: NASA, STScI, Benjamin F. Williams (Universidad de Washington)

¿Hay materia oscura entre las estrellas?

La materia oscura, la cual muchos suponen que es una partícula, aún no se puede observar directamente, porque no emite, refleja, refracta ni absorbe la luz. Si no podemos verla, ¿cómo sabemos que está ahí? “Vemos el efecto de la materia oscura en las galaxias”, aclaró Aganze. “Por ejemplo, cuando hacemos un modelo de cómo rotan las galaxias, necesitamos masa adicional para explicar su rotación. La materia oscura puede proporcionar esa masa faltante”.

Todas las galaxias, incluida la Vía Láctea, están rodeadas por un halo de materia oscura. A medida que los astrónomos aprenden más acerca de la naturaleza de la materia oscura, pueden encontrar evidencia de que el halo de una galaxia también puede contener una gran cantidad de subhalos de materia oscura más pequeños, que son predichos por los modelos. “Probablemente estos halos son más o menos esféricos, pero actualmente no se conoce su densidad, tamaño e incluso si existen”, explicó Tjitske Starkenburg, coautora y profesora asistente de investigación en la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois.

Roman redefinirá su búsqueda. “Esperamos que la materia oscura interactúe con las corrientes de los cúmulos globulares. Si estos subhalos están presentes en otras galaxias, predecimos que veremos espacios en las corrientes de cúmulos globulares que probablemente sean causados por la materia oscura”, continuó Starkenburg. “Esto nos dará nueva información sobre la materia oscura, incluyendo qué tipos de halos de materia oscura están presentes y cuáles son sus masas”.

Aganze y Starkenburg estiman que Roman transmitirá de forma eficaz los datos que necesiten dentro de las galaxias cercanas —lo que requiere solo un total de una hora— y que estas observaciones podrían ser captadas con el Sondeo de Área Amplia en las Latitudes Altas de Roman.

Starkenburg también ayudará a sentar las bases para esta investigación mediante sus contribuciones a otro proyecto recientemente seleccionado para recibir financiamiento por el programa Oportunidades de Participación en Investigaciones y Apoyo para el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA. “Este equipo planea modelizar cómo los cúmulos globulares se forman en corrientes estelares mediante el desarrollo de un marco teórico mucho más detallado”, explicó. “Continuaremos con una predicción de dónde se originaron los cúmulos globulares que forman las corrientes y si estas corrientes serán observables con Roman”.

Aganze también está entusiasmado con otros proyectos que actualmente están en línea en internet o que pronto lo estarán. “La misión Euclid de la Agencia Espacial Europea ya está comenzando a explorar la estructura a gran escala del universo, lo que nos ayudará a aprender más sobre el papel de la materia oscura”, dijo. “Y el Observatorio Vera C. Rubin pronto explorará repetidamente el cielo nocturno con objetivos similares. Los datos de estas misiones serán increíblemente útiles para limitar nuestras simulaciones mientras nos preparamos para Roman”.

El telescopio espacial Nancy Grace Roman es administrado desde el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA y Caltech/IPAC en el sur de California, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore y un equipo científico integrado por científicos de diversas instituciones de investigación. Los principales socios de la industria son Ball Aerospace and Technologies Corporation en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Melbourne, Florida; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.

Por Claire Blome
Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland

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Última Actualización
Feb 06, 2024
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