Durante una noche de 1665, el astrónomo alemán Abraham Ihle observó por primera vez un extraño cúmulo de estrellas en la constelación de Escorpio. Aquel objeto, hoy conocido como M22, fue el primer cúmulo globular registrado por la ciencia. Desde entonces, estos densos enjambres de estrellas han sido una fuente constante de fascinación y desconcierto para los astrónomos. Con más de 150 identificados solo en nuestra galaxia, los cúmulos globulares han permanecido como un rompecabezas cósmico: ¿cómo se formaron estos sistemas tan antiguos y compactos sin rastro de materia oscura, y por qué son tan diferentes de las galaxias enanas, que sí la contienen?
Ahora, un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de Surrey parece haber dado con la clave. Mediante simulaciones cosmológicas de altísima resolución, conocidas como EDGE, no solo han reproducido con éxito la formación de estos cúmulos, sino que además han tropezado con un hallazgo inesperado: una nueva clase de sistemas estelares que contienen materia oscura y podrían haber estado ocultos a simple vista en la Vía Láctea. El trabajo, publicado en la revista Nature, propone llamarlos “enanas similares a cúmulos globulares” (GCDs, por sus siglas en inglés).
El enigma de los cúmulos globulares
Los cúmulos globulares son conjuntos esféricos muy compactos que albergan cientos de miles o incluso millones de estrellas. La mayoría de ellas son extremadamente antiguas, con edades cercanas a los 13.000 millones de años. Lo que ha desconcertado a la comunidad científica durante siglos es que estos sistemas no presentan evidencia de materia oscura, a diferencia de las galaxias enanas, que también son pequeñas, pero están dominadas por esta sustancia invisible y aún misteriosa.
Este contraste planteaba dos grandes preguntas: ¿cómo es posible que el universo formara estos dos tipos de sistemas al mismo tiempo y con tamaños similares, pero con propiedades tan distintas? Y, además, ¿qué ocurre con los objetos que presentan características intermedias entre cúmulos globulares y galaxias enanas?
Las teorías propuestas a lo largo de los años han sido variadas y a menudo contradictorias. Algunas sugerían que los cúmulos globulares eran simplemente cúmulos estelares masivos, mientras que otras defendían que requerían condiciones especiales, como fusiones galácticas o flujos de gas extremadamente densos. Una tercera línea proponía que se formaban dentro de pequeños halos de materia oscura, pero ninguna de estas ideas lograba explicar todos los casos observados.
EDGE: un universo simulado para buscar respuestas
Para abordar estas incógnitas, el equipo de investigación utilizó EDGE (Engineering Dwarfs at Galaxy formation’s Edge), una serie de simulaciones cosmológicas de última generación diseñadas para recrear el nacimiento y evolución de las galaxias más pequeñas del universo. Estas simulaciones se ejecutaron durante años en el superordenador DiRAC del Reino Unido y alcanzan una resolución tan alta que pueden seguir los efectos individuales de explosiones de supernovas.
Según explican los autores en el artículo, “estas simulaciones cosmológicas permiten que tanto cúmulos globulares sin materia oscura como galaxias enanas ricas en materia oscura emerjan de forma natural”. Lo que hace único al proyecto EDGE es que no se forzó la aparición de estos objetos: surgieron espontáneamente del modelo, como ocurre en el universo real.
Gracias a este enfoque, los investigadores pudieron identificar con claridad tres tipos distintos de sistemas estelares: los cúmulos globulares tradicionales, las galaxias enanas y una nueva categoría intermedia: los GCDs.
Una nueva clase de objeto estelar
Los GCDs presentan propiedades intermedias entre los cúmulos globulares y las galaxias enanas. Aunque desde la Tierra podrían parecer cúmulos normales, sí contienen materia oscura en su interior. Según el estudio, estos objetos se forman en halos de materia oscura muy pequeños, antes del proceso de reionización del universo, y pasan por un único brote de formación estelar que se apaga rápidamente debido a la retroalimentación de supernovas.
Esta secuencia los hace especialmente interesantes, ya que “forman a partir de un único evento de formación estelar autoextinguido en halos de materia oscura de baja masa”, tal como indica el artículo. Además, contienen una proporción significativa de estrellas metal-free, es decir, estrellas formadas a partir de gas primordial que no ha sido enriquecido por generaciones anteriores. Detectar estas estrellas sería como encontrar fósiles directos del universo temprano.
En cuanto a su composición, los GCDs presentan una relación entre masa dinámica y masa estelar más alta que los cúmulos globulares, pero menor que las galaxias enanas. Su tamaño también es intermedio, con radios que van de 10 a 60 parsecs, y su contenido metálico es extremadamente bajo, con valores de [Fe/H] inferiores a -2,75.
¿Ocultos a plena vista en la Vía Láctea?
Una de las propuestas más intrigantes del estudio es que estos objetos podrían ya haber sido observados, pero mal clasificados. Algunos satélites de la Vía Láctea, como la galaxia ultra tenue Reticulum II, podrían pertenecer a esta nueva clase. En efecto, este objeto presenta una población estelar muy antigua y características químicas inusuales que coinciden con lo esperado para un GCD.
El artículo subraya: “la corriente estelar C-19 y objetos como Boötes V, Horologium I, Reticulum II, Boötes II, Draco II, Eridanus III y Delve I son candidatos prometedores”. Si se confirma que alguno de ellos es un GCD, se abriría una nueva ventana para estudiar tanto la formación de las primeras estrellas como la naturaleza de la materia oscura.
Lo notable es que estos sistemas podrían haber estado “ocultos a plena vista en nuestro vecindario cósmico”, pasando inadvertidos por parecerse demasiado a los cúmulos globulares comunes. La diferencia crucial, sin embargo, está en su interior invisible: la materia oscura.
Implicaciones para la cosmología y la materia oscura
El hallazgo de los GCDs nos permite comprender mejor la formación de los cúmulos globulares, pero también ofrece una herramienta nueva para poner a prueba los modelos de materia oscura. Según los autores, un modelo en el que la materia oscura sea una partícula térmica con una masa de unos 10 keV ya sería suficiente para impedir la formación de los halos donde nacen estos objetos.
Esto convierte a los GCDs en una de las pruebas más sensibles hasta ahora propuestas para distinguir entre teorías de materia oscura caliente, tibia o fría. Además, dado que parte de estas estructuras contienen estrellas sin metales, también son candidatas ideales para buscar las elusivas estrellas de población III, las primeras que se formaron en el universo, antes de que existieran elementos más pesados que el hidrógeno y el helio.
En palabras de los investigadores, “los GCDs prometen restricciones sin precedentes sobre los modelos de materia oscura y nuevos lugares donde buscar estrellas libres de metales”.
Referencias
- Ethan D. Taylor, Justin I. Read, Matthew D. A. Orkney, Stacy Y. Kim, Andrew Pontzen, Oscar Agertz, Martin P. Rey, Eric P. Andersson, Michelle L. M. Collins y Robert M. Yates. The emergence of globular clusters and globular-cluster-like dwarfs. Nature, 10 de septiembre de 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09494-x.
Cortesía de Muy Interesante
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