Los astrónomos creen haber identificado una nueva clase de objeto astronómico: algo que se parece a una galaxia en todos los aspectos excepto en el que normalmente más importa.
Este objeto tiene gas. Tiene gravedad. Se encuentra dentro de un halo masivo de materia oscura, la sustancia invisible que da forma a las galaxias en el universo. Pero lo que no tiene, por lo que se sabe, son estrellas.
Conocido como Cloud-9, el objeto parece pertenecer a una categoría largamente predicha, pero nunca observada de forma convincente: una “galaxia fallida”. De confirmarse, representaría un tipo de estructura cósmica fundamentalmente diferente: una que se formó como una galaxia, pero que nunca cruzó el umbral que permite la formación de estrellas.
Pero aquí está el truco: al eliminar por completo la luz estelar, Cloud-9 ofrece a los astrónomos algo excepcional: una visión directa de la materia oscura y el gas actuando prácticamente solos.
La predicción finalmente se encuentra con la realidad
La cosmología moderna predice que el universo debería estar repleto de pequeñas acumulaciones de materia oscura. Estas acumulaciones se forman primero y luego atraen materia ordinaria —principalmente gas hidrógeno— que puede enfriarse, colapsar y, finalmente, formar estrellas.
Pero hay un problema: no todos los halos de materia oscura deberían ser lo suficientemente masivos como para dar ese salto.
Simulaciones previas basadas en el modelo cosmológico estándar han demostrado que muchos halos se quedan cortos. Recolectan gas, pero no logran convertirlo en estrellas, especialmente después de que el universo se viera inundado de radiación ultravioleta energética durante un período conocido como reionización. Estos objetos teóricos recibieron el nombre de Nubes de Alta Intensidad (HI) Limitadas por Reionización, o RELHIC.
Las RELHIC no son galaxias. Tampoco son simples nubes de gas. Son algo intermedio, lo que los astrónomos describen como estructuras dominadas por materia oscura y llenas de hidrógeno neutro, estancadas en el límite de la formación galáctica. Y hasta ahora existían principalmente en las pantallas de ordenador.
Una señal extraña cerca de una galaxia familiar
Cloud-9 entró en escena en 2023, cuando los astrónomos que usaban el Telescopio Esférico de Apertura de Quinientos Metros (FAST) en China detectaron una nube inusual de hidrógeno neutro cerca de la galaxia espiral Messier 94, a unos 14 millones de años luz de la Tierra. A diferencia de la mayoría de las nubes de hidrógeno que se encuentran cerca de las galaxias, esta era compacta, lisa y casi esférica. Su gas mostraba poco movimiento interno, lo que sugería que se mantenía en pie por presión, más que por rotación. Esto la distinguió de inmediato.
Observaciones posteriores con el Telescopio Green Bank y el Very Large Array confirmaron la detección y revelaron más sorpresas. Cloud-9 comparte la misma velocidad de recesión que la galaxia espiral Messier 94, lo que indica que ambos objetos están físicamente asociados, en lugar de alineados casualmente.
El núcleo de hidrógeno de Cloud-9 se extiende por unos 4.900 años luz y contiene aproximadamente un millón de masas solares de gas. Pero para mantener estable ese gas, la gravedad por sí sola requiere mucha más masa de la que proporciona el hidrógeno. La masa faltante (aproximadamente cinco mil millones de veces la masa del Sol) sólo puede explicarse por la materia oscura.
No es una galaxia, pero tampoco nada
A primera vista, Cloud-9 podría confundirse con una tenue galaxia enana con muy pocas estrellas. Esta posibilidad debía descartarse definitivamente si la intuición de los astrónomos sobre una “galaxia muerta” era correcta. Para ello, el equipo de investigación recurrió al Telescopio Espacial Hubble, utilizando su Cámara Avanzada para Sondeos para buscar incluso las poblaciones estelares más tenues. Si Cloud-9 albergaba una galaxia enana común, el Hubble debería haber detectado al menos un puñado de viejas estrellas gigantes rojas. No lo hizo.
Después de realizar imágenes profundas y simulaciones exhaustivas, el equipo concluyó que Cloud-9 contiene, como máximo, alrededor de 3.000 masas solares en estrellas: órdenes de magnitud menores incluso que las galaxias enanas más débiles y ricas en gas que se conocen.
En su análisis publicado, los autores escriben que las observaciones “refuerzan la interpretación de que este sistema es una nube de HI limitada por reionización (RELHIC); es decir, un halo de materia oscura sin estrellas lleno de gas hidrostático en equilibrio térmico con el fondo ultravioleta cósmico”.
Esta afirmación coloca a Cloud-9 en una categoría teórica que nunca antes había estado poblada con tanta confianza.
Por qué este objeto define una nueva categoría
Cloud-9 no sólo es inusual: ocupa un régimen físico muy específico.
Si su halo de materia oscura fuera ligeramente más masivo, la gravedad superaría la presión térmica. El gas se enfriaría, fragmentaría y formaría estrellas, convirtiendo a Cloud-9 en una galaxia reconocible. Si el halo fuera ligeramente más pequeño, el gas se habría desprendido o ionizado hace mucho tiempo.
En cambio, Cloud-9 se sitúa casi exactamente en el umbral de masa previsto, donde falla la formación de galaxias. Esto la diferencia cualitativamente de las galaxias enanas, los restos de marea o las nubes de gas comunes. Es una estructura que se formó tempranamente, sobrevivió a la reionización, retuvo gas y luego se detuvo, como si se hubiera congelado en un estado primigenio. Es por esto que los astrónomos lo describen como un fósil del universo primitivo.
Una ventana limpia hacia la materia oscura
La mayoría de los intentos de estudiar la materia oscura se basan en las estrellas. Los astrónomos rastrean los movimientos estelares para inferir cuánta masa invisible debe estar presente. Pero las estrellas conllevan sus propias complicaciones indeseadas: explosiones, radiación, vientos y retroalimentación que perturban su entorno.
Cloud-9 carece de todo eso.
Su gas hidrógeno parece estar en perfecto equilibrio con la gravedad del halo de materia oscura. La ausencia de fuentes de señales perturbadoras, como las estrellas, lo convierte en un potente laboratorio. Al modelar la distribución y el movimiento del gas, los investigadores pueden analizar directamente la materia oscura subyacente.
“Esta nube es una ventana al universo oscuro”, dijo Andrew Fox, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial.
En otras palabras, Cloud-9 permite a los astrónomos probar las teorías de la materia oscura en un régimen que las galaxias normalmente oscurecen.
Descartando otras explicaciones
El equipo consideró cuidadosamente interpretaciones alternativas. ¿Podría ser Cloud-9 una nube en primer plano en el halo de la Vía Láctea? Su velocidad lo descarta. ¿Podrían ser restos de una corriente de gas conocida? Su ubicación y movimiento no coinciden.
¿Qué tal una nube de gas confinada por la presión del material caliente que rodea a Messier 94? Ese escenario podría funcionar brevemente, pero dichas nubes deberían desintegrarse en decenas de millones de años. La estructura relativamente lisa de Cloud-9 sugiere algo más longevo y autogravitante.
En comparación con las galaxias enanas conocidas con cantidades similares de hidrógeno, Cloud-9 destaca notablemente. Todas estas galaxias contienen muchas más estrellas. La proporción de gas a estrellas en Cloud-9 es cientos de veces mayor. Ese desequilibrio extremo es exactamente lo que predice la teoría RELHIC.
Un objeto no es una población —todavía
Por ahora, Cloud-9 sigue siendo de una clase única. Esto hace que los astrónomos sean cautelosos. Un solo objeto puede ser engañoso. Pero también hace que Cloud-9 sea valioso: proporciona un objetivo claro para futuros estudios y simulaciones.
Las próximas observaciones de radio podrían revelar más candidatos a RELHIC acechando cerca de otras galaxias. Imágenes más profundas, posiblemente con el Telescopio Espacial James Webb, podrían reducir aún más los límites estelares. Los modelos numéricos pueden comprobar si la forma ligeramente distorsionada del gas de Cloud-9 coincide con las expectativas para una galaxia fallida que experimenta efectos ambientales leves.
Incluso si Cloud-9 finalmente alberga una pequeña población estelar no detectada, su existencia ya marca algo nuevo. Señala la delgada frontera entre las galaxias que se forman y las que casi lo hacen.
Los hallazgos fueron publicados en The Astrophysical Journal Letters y presentados en la 247ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana, celebrada esta semana en Phoenix, Arizona.
Fuente: ZME Science.
