Nube: podríamos estar ante la primera exhibición de la mecánica cuántica detectada en la naturaleza a escala galáctica
La galaxia Nube es la mancha difusa en el centro de la imagen. Nube no encaja en las estimaciones teóricas sobre materia oscura. Las observaciones se han realizado con el Gran Telescopio de Canarias y el Telescopio de Green Bank en EE UU. GTC, M. Montes, CC BY

Nube es una galaxia enana casi invisible. Su brillo es 10 veces más débil que el de las galaxias de su tipo, y pasó desapercibida en los distintos cartografiados previos de esa parte del cielo, como si fuera un fantasma. Hasta que las imágenes multicolor ultraprofundas del Gran Telescopio de Canarias (GTC) confirmaron que esa mancha no era algún tipo de error fotográfico, sino que se trataba de un objeto extremadamente difuso.

Hay muchas cosas excepcionales en Nube, pero la más intrigante es que no podría existir si la materia oscura que contiene es lo que hasta ahora conocemos. Nube solo podría explicarse si abrimos el abanico de posibilidades, y podría encajar si lo que estamos contemplando es una bella exhibición del efecto de la mecánica cuántica.

Imágenes obtenidas de Nube en cartografiados anteriores y finalmente con el GTC.
IAC, CC BY

La rareza

Debido a su bajo brillo es muy difícil determinar la distancia a la que se encuentra Nube. Con las observaciones del Telescopio de Green Bank (GBT, en EE UU) estimamos que podría estar a unos 300 millones de años luz, aunque nuevas observaciones con el Telescopio Very Large Array (VLA) y el Telescopio William Herschel tratarán de confirmar si esta distancia es correcta.

Localizar la posición exacta de Nube es un paso muy importante, ya que las propiedades que medimos para esta galaxia dependen de la distancia a la que se encuentre.

Nube es tres veces más dispersa que otros objetos con igual número de estrellas. Mide un tercio de la Vía Láctea, pero con una masa similar a la pequeña Nube de Magallanes (400 millones de estrellas). Por norma general, las galaxias tienen una densidad de estrellas mucho mayor en las partes internas que se reduce rápidamente conforme nos alejamos del centro. Sin embargo, la densidad de estrellas de Nube apenas varía en toda su extensión, y esta es la principal rareza.

Aunque hay varias formas de explicar cómo una galaxia puede acabar siendo más dispersa que cuando se formó, ninguno de estos escenarios es capaz de explicar Nube. Es decir, no sabemos cómo es posible que una galaxia con estas características tan extremas pueda existir, a no ser… A no ser que la materia oscura de Nube no sea lo que hasta ahora entendemos por materia oscura.

Desafío al modelo de materia oscura actual

El universo nos cuenta que la materia oscura está formada por partículas masivas que interaccionan muy débilmente entre ellas. Sin embargo, nos es muy difícil estudiarla ya que no se puede ver, no emite ninguna luz. Los científicos llevan décadas buscando esta extraña sustancia, y todavía no sabemos qué partículas la componen. Es una de esas grandes incógnitas cosmológicas que quizá se resuelva en unas décadas. Esta explicación, que esté formada por partículas sin apenas interacción entre ellas, cuadra con que las estrellas y el gas se vaya concentrando a medida que la galaxia evoluciona, pero es exactamente lo contrario lo que ocurre en Nube. Así que Nube es una anomalía. Las simulaciones cosmológicas son incapaces de reproducir sus “características extremas” aún planteando distintos escenarios.

No queda otra: necesitamos ampliar el modelo a otras materias oscuras posibles. Hay que buscar en otros campos para imaginar una explicación a Nube.

¿Materia oscura difusa?

Hay una posibilidad, muy sugerente, y es que las propiedades inusuales de Nube nos indiquen que las partículas que forman la materia oscura no son masivas, sino todo lo contrario. Es posible que tengan una masa ridículamente pequeña, que sea materia oscura ultraligera, formada por los hipotéticos axiones, que también andamos buscando.

Estaríamos ante materia oscura difusa o fuzzy dark matter. Y a partir de aquí, esta explicación final es la que nos lleva a la mecánica cuántica.

Longitudes de onda del tamaño de una galaxia

Podríamos pensar que la materia oscura son partículas cuánticas que exhiben comportamientos típicos de ondas. Cuanto más pequeñas son estas partículas, mayor es la onda que describen. Como estamos hablando de partículas muy, muy, muy, pero que muy pequeñas, inconcebiblemente pequeñas, su longitud de onda podría ser tan grande como una galaxia.

Las simulaciones de este tipo de materia oscura muestran que este comportamiento de onda crea una estructura casi plana en el centro de la galaxia. Eso podría explicar que las estrellas de Nube se distribuyan como lo hacen.

Si este fuera el caso, la estructura central tan inusual de Nube sería la manifestación de las propiedades de esta partícula cuántica, pero a escala galáctica.

Si la hipótesis se confirmara, se unificaría el mundo de lo más pequeño con lo más grande. Y entonces, Nube sería una de las más bellas exhibiciones de la naturaleza.

The Conversation

Ignacio Trujillo Cabrera recibe fondos de la ACIISI, Consejería de Economía, Conocimiento y Empleo del Gobierno de Canarias y la European Regional Development Fund (ERDF) con fondo PROID2021010044 y de la agencia estatal de investigación (AEI-MCINN) del ministerio español de ciencia e innovación con el fondo PID2022-140869NB-I00 y del proyecto del IAC P/302302, financiado por el ministerio de ciencia e innovación, a través de los fondos del estado y por el departamento de economía, conocimiento y empleo de las islas Canarias a través del fondo regional de la comunidad autónoma.

Mireia Montes no recibe salario, ni ejerce labores de consultoría, ni posee acciones, ni recibe financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y ha declarado carecer de vínculos relevantes más allá del cargo académico citado.

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