Observatorio Rubin revelará las huellas de la materia oscura en nuestra galaxia

Al igual que los ríos brillando bajo la luz del Sol, las corrientes estelares atraviesan y circulan alrededor de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Formadas por estrellas que originalmente estaban unidas en cúmulos globulares o en galaxias enanas, estos ríos estelares fueron afectados por interacciones gravitatorias con nuestra galaxia, perturbando y arrastrándolos para formar largas líneas que vemos hoy en día. Además, estas delgadas estelas de estrellas a menudo muestran señales de perturbación que los científicos adjudican a la materia oscura. Para estudiar en detalle estos efectos, el Observatorio Vera C. Rubin, una iniciativa financiada por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y por el Departamento de Energía (DOE) de Estados Unidos, entregará muy pronto una gran cantidad de datos para esclarecer los misterios de las corrientes estelares, la materia oscura y sus complejas interacciones. 

La materia oscura constituye el 27% del Universo, pero no puede observarse directamente y, por tanto, los científicos no saben con exactitud qué es. Para saber más sobre ella, utilizan diversos métodos indirectos, como las lentes gravitacionales débiles, que mapean la distribución de la materia oscura a gran escala en el Universo. La observación de corrientes estelares permite a los científicos sondear un aspecto diferente de la materia oscura, ya que muestran la huella dactilar de sus efectos gravitatorios a pequeña escala.

El Observatorio Vera C. Rubin, situado en Chile, utilizará un telescopio de 8,4 metros equipado con la cámara digital más grande del mundo para realizar un estudio de 10 años de todo el cielo del hemisferio sur, que comenzará a fines de 2025. Los datos que se obtengan de las imágenes tomadas con seis filtros distintos, facilitarán como nunca antes las posibilidades que tendrán los científicos de aislar las corrientes estelares de la Vía Láctea y aquellas que están más allá, para examinarlas detenidamente y verificar si hay signos de perturbación provenientes de la materia oscura.

Al respecto, Nora Shipp, la astrónoma de la Universidad de Carnegie Mellon y coorganizadora del Grupo de Trabajo de Materia Oscura de la Colaboración Científica para la Energía Oscura de Observatorio Rubin/LSST, expresó que “me entusiasma la idea de utilizar las corrientes estelares para aprender sobre la materia oscura. Con el observatorio Rubin podremos utilizar corrientes estelares para averiguar cómo se distribuye la materia oscura en nuestra galaxia, desde las escalas más grandes hasta las más pequeñas”. 

El Observatorio Rubin es un Programa de NOIRLab de NSF, que junto con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC, estarán a cargo de la gestión de Rubin, que comenzará sus operaciones científicas a fines de 2025.

La evidencia sugiere que hay un halo esférico de materia oscura rodeando la Vía Láctea, formado por cúmulos más pequeños de materia oscura. Estos cúmulos interactúan con otras estructuras, alterando su dinámica gravitatoria y cambiando su aspecto observado. En el caso de las corrientes estelares, los resultados de las interacciones de la materia oscura aparecen como torceduras o huecos.

Las increíblemente detalladas imágenes del Observatorio Rubin permitirán a los científicos identificar y examinar irregularidades muy sutiles en las corrientes estelares, y así inferir las propiedades de los cúmulos de materia oscura de baja masa que las causaron, incluso diferenciando el tipo de partículas que confirman estos cúmulos: “Observando las corrientes estelares, podremos realizar mediciones indirectas de los cúmulos de materia oscura de la Vía Láctea hasta masas más bajas que nunca, lo que nos proporcionará datos muy precisos sobre las propiedades de las partículas de materia oscura”, afirmó Shipp.

Las corrientes estelares en las regiones exteriores de la Vía Láctea son especialmente buenas candidatas para observar los efectos de la materia oscura, porque es menos probable que se hayan visto afectadas por interacciones con otras partes de la Vía Láctea, que pueden confundir el estudio. El Observatorio Rubin podrá detectar corrientes estelares a una distancia unas cinco veces mayor de la que podemos ver ahora, permitiendo a los científicos descubrir y observar una población completamente nueva de corrientes estelares en las regiones exteriores de la Vía Láctea.

Las corrientes estelares son difíciles de distinguir de las demás estrellas de la Vía Láctea. Para aislar las corrientes estelares, los científicos buscan estrellas con propiedades específicas que indiquen que probablemente pertenecieron juntas como cúmulos globulares o galaxias enanas. Luego de eso, analizan el movimiento u otras propiedades de estas estrellas para identificar aquellas conectadas como una corriente.

“Las corrientes estelares son como hilos de perlas, cuyas estrellas trazan la trayectoria de la órbita del sistema y tienen una historia compartida”, explicó la candidata a doctorado de la Universidad de Victoria, Jaclyn Jensen, quien planea utilizar los datos de Rubin/LSST para su investigación sobre los progenitores de corrientes estelares y su rol en la formación de la Vía Láctea.

“Utilizando las propiedades de estas estrellas, podemos determinar información sobre sus orígenes y qué tipo de interacciones pudo experimentar la corriente en el pasado. Es como si encontráramos una perla de un collar con otras dispersas por ahí cerca, podríamos deducir que algo llegó y rompió el hilo que las mantenía unidas como un collar”.

La Cámara LSST de 3.200 megapíxeles del Observatorio Rubin, está equipada con seis filtros de colores —incluyendo un filtro ultravioleta que es ideal para científicos de corrientes estelares como Shipp y Jensen. El filtro ultravioleta de Rubin proporcionará información crítica sobre el extremo azul-ultravioleta del espectro de luz que permitirá a los científicos distinguir las sutiles diferencias y desentrañar las estrellas en una corriente de estrellas en la Vía Láctea. En conjunto, Rubin proporcionará a los científicos miles de imágenes en profundidad tomadas a través de los seis filtros, lo que les permitirá obtener una visión más clara que nunca de las corrientes estelares.

La avalancha de datos que Rubin proporcionará también va a motivar el desarrollo de nuevas herramientas y métodos para aislar corrientes estelares. Como indica Shipp, “ahora mismo es un proceso laborioso seleccionar a ojo posibles corrientes. El gran volumen de datos de Rubin presenta una oportunidad apasionante para pensar en nuevas formas más automatizadas de identificar corrientes”, concluyó.

El Observatorio Rubin es una iniciativa conjunta de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y el Departamento de Energía (DOE) de Estados Unidos. Su misión principal es realizar el Estudio del Espacio Tiempo como Legado para la Posteridad, proporcionando un conjunto de datos sin precedentes para la investigación científica apoyada por ambas agencias. Rubin es operado en conjunto por NOIRLab de NSF y el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC (SLAC). NOIRLab es administrado para la NSF por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) y SLAC es operado para DOE por la Universidad de Stanford. Francia presta un apoyo crucial a la construcción y el funcionamiento del Observatorio Rubin a través de las contribuciones de CNRS/IN2P3. Se agradecen las contribuciones adicionales de varias organizaciones y equipos internacionales.

La Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF) es una agencia federal independiente creada por el Congreso en 1950 para promover el progreso de la ciencia. La NSF apoya la investigación básica y a las personas para crear conocimientos que transformen el futuro.

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos), el centro de EE.UU. para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede central en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

El Laboratorio Nacional SLAC es un vibrante laboratorio multiprograma que explora cómo funciona el Universo en escalas más grandes, más pequeñas y más rápidas, e inventa herramientas poderosas que son utilizadas por científicos de todo el mundo. Con investigaciones que abarcan la física de partículas, la astrofísica y la cosmología, los materiales, la química, las ciencias biológicas y energéticas y la informática científica, el SLAC ayuda a resolver problemas del mundo real y a promover los intereses de la nación.

SLAC es operado por la Universidad de Stanford para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos. La oficina de Ciencias es la mayor fuente de financiamiento de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para hacer frente a algunos de los retos más desafiantes de nuestro tiempo.

• Sitio web del Observatorio Vera C. Rubin
• Imágenes del Observatorio Vera C. Rubin
• Más imágenes de Rubin
• Videos de Rubin
• Recursos multimedia del Observatorio Rubin