Una colisión en 10.000 millones de años marca la distribución de la materia oscura en las galaxias enanas

Si el régimen que implica una alta frecuencia de interacción resulta válido, entonces la materia oscura presente en las galaxias enanas ultradébiles llegaría a un estado de equilibrio térmico en regiones que superan los 3.000 años luz, es decir, mucho más allá de donde se localizan sus estrellas observables. Con base en este resultado, el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) reportó que un nuevo estudio permite comprender cómo interacciones excepcionales entre partículas invisibles, con una frecuencia de una colisión en 10.000 millones de años, pueden modelar los núcleos de materia oscura observados en este tipo de sistemas galácticos. El análisis permite conectar la física de partículas fundamentales con la distribución estelar y ofrece nuevas herramientas para contrastar teorías sobre el origen del cosmos.

Según detalló el IAC, las galaxias enanas ultradébiles resultan especialmente útiles para esta línea de investigación. Estos sistemas, compuestos por apenas unos miles de estrellas, muestran un dominio claro de la materia oscura y presentan historias evolutivas simples. Esa simplicidad convierte a las enanas ultradébiles en ambientes ideales para indagar sobre la física de la materia oscura, pues sus estructuras permiten aislar efectos difíciles de identificar en galaxias más complejas. El estudio en cuestión concluyó que una sola colisión entre partículas de materia oscura en la escala temporal aproximada a la vida del universo, es suficiente para explicar la existencia de los núcleos de materia oscura visibles en estas pequeñas galaxias.

El medio consignó declaraciones de Jorge Sánchez Almeida, investigador del IAC y autor principal del estudio, quien sostuvo que el modelo tradicional sobre la materia oscura constituye únicamente una primera aproximación. A su juicio, todas las partículas —incluyendo las de materia oscura— interactúan a través de fuerzas que van más allá de la gravedad. Por esa razón, incluso interacciones extremadamente infrecuentes, al cabo de miles de millones de años, pueden dejar señales observables en estos sistemas pequeños, enfatizó Sánchez Almeida en la nota del IAC. El estudio logró estimar la probabilidad de colisión entre partículas de materia oscura a partir del análisis de los núcleos estelares y oscuros en las galaxias enanas, incluyendo aquellas donde predomina la formación del núcleo y las que presentan colapso en su región central. Los valores calculados para la sección eficaz de interacción oscilan entre 0,3 y 200 centímetros cuadrados por cada gramo de materia oscura, cifras que, según el investigador, concuerdan con las que se observaron en galaxias de otros tipos, con la ventaja adicional de minimizar posibles sesgos.

De acuerdo con los datos difundidos por el IAC, el trabajo desarrolló un modelo que vincula observacionalmente la masa estelar de una galaxia con el radio de su núcleo central, dos parámetros que pueden medirse con telescopios. Esta herramienta conceptual predice que el radio del núcleo aumenta proporcionalmente a la masa total de estrellas, una tendencia corroborada también en sistemas de mayor tamaño. Así, el modelo proporciona una vía directa para relacionar propiedades directamente observables con las características invisibles de la materia oscura, lo cual habilita nuevos métodos para probar hipótesis sobre la composición y el comportamiento de este componente fundamental del universo.

El investigador explicó que si el escenario de alta interacción entre partículas es el correcto, las regiones donde se establece el equilibrio térmico en la materia oscura enanas ultradébiles superan ampliamente el volumen visible a través de observaciones con telescopios ópticos. Dicha característica podría tener impacto en la formación y evolución de subcomponentes de materia oscura dentro de galaxias más grandes, alterando fenómenos como las lentes gravitatorias y la distribución de galaxias satélites, aspectos decisivos a escala cosmológica según detalló el IAC.

Sánchez Almeida consideró que estas colisiones, a pesar de su extremada rareza, constituyen un mecanismo efectivo para dejar huellas detectables en las estructuras más pequeñas del universo, por lo que el estudio ratifica la utilidad de las galaxias enanas ultradébiles como laboratorios para la física de la materia oscura. Según el IAC, estas galaxias permiten estudiar cómo interactúan las partículas invisibles a velocidades muy por debajo de las alcanzables en experimentos terrestres con aceleradores de partículas o mediante la observación de cúmulos galácticos.

Siguiendo lo publicado por el IAC, el autor destacó la importancia de futuras simulaciones cosmológicas que incorporen probabilidades elevadas de interacción entre partículas de materia oscura. Tales simulaciones aumentarán la capacidad para explorar los procesos mediante los cuales las colisiones ocasionales entre estas partículas pueden haber definido la estructura de las galaxias a través del tiempo cósmico. También consideró que estos trabajos contribuirán a perfeccionar el entendimiento de la materia oscura y a avanzar hacia una descripción más completa de las fuerzas que gobiernan el universo.