Estrellas hiperveloces: la nueva herramienta para mapear la materia oscura
Viajan tan rápido que han escapado de la Vía Láctea. Ahora, estas estrellas fugitivas se convierten en aliadas inesperadas para revelar cómo se distribuye la materia oscura que sostiene nuestra galaxia.
Por Enrique Coperías
Ilustración artística de una estrella hiperveloz escapando de la Vía Láctea. Estas estrellas, detectadas gracias a datos del satélite Gaia y a su brillo característico como RR Lyrae, permiten medir la velocidad de escape galáctica y trazar la distribución invisible de la materia oscura que rodea la galaxia. Crédito: IA-DALL-E-©RexMolón Producciones
En la periferia de la Vía Láctea hay estrellas que no deberían estar ahí. Se mueven demasiado rápido, en direcciones inesperadas, como si alguien las hubiera expulsado violentamente de su hogar.
Son las llamadas estrellas hiperveloces o fugitivas (runaway stars). Hablamos de astros que viajan tan deprisa que han logrado escapar del abrazo gravitatorio de nuestra galaxia. Durante años han sido consideradas por los astrónomos unas rarezas astronómicas, piezas exóticas de un puzle difícil de completar.
Ahora, un nuevo estudio propone utilizarlas como sondas cósmicas para responder a una de las grandes preguntas de la astrofísica moderna: cómo se distribuye la materia oscura que envuelve la Vía Láctea.
Las RR Lyrae como relojes cósmicos
El trabajo, liderado por los investigadores Haozhu Fu, Yang Huang y Huawei Zhang de la Universidad de Pekín y publicado en The Astrophysical Journal, se apoya en un tipo muy especial de estrellas variables, las RR Lyrae. Viejas, pobres en metales y con un parpadeo rítmico tan regular como un reloj, estas estrellas se han convertido en una herramienta clave para medir distancias cósmicas.
Gracias a ellas, el equipo de astrónomos ha identificado decenas de estrellas que viajan a velocidades extremas a decenas de miles de años luz del centro galáctico, allí donde la gravedad visible ya no basta para explicar lo que ocurre.
Las estrellas fugitivas no son una idea nueva. A finales de los años ochenta, el astrónomo Jack Hills propuso un mecanismo tan elegante como brutal: si un sistema binario de estrellas se acerca demasiado al agujero negro supermasivo del centro de la galaxia, la intensa marea gravitatoria puede desgarrarlo. Una estrella queda atrapada; la otra sale disparada como una bala y alcanza velocidades de más de mil kilómetros por segundo.
Décadas después, la teoría se confirmó con observaciones reales. Pero la mayoría de esas estrellas detectadas eran jóvenes y masivas, fáciles de observar, pero poco representativas del conjunto estelar de la galaxia.
El papel del satélite Gaia en la astronomía moderna
El nuevo estudio da un giro a esta búsqueda al centrarse en estrellas mucho más comunes: las RR Lyrae. Aunque son menos luminosas que las estrellas masivas, su brillo intrínseco se puede calcular con gran precisión a partir de su periodo de pulsación y su composición química. Eso permite conocer su distancia incluso cuando se encuentran a más de 100.000 años luz, muy lejos del alcance fiable de la paralaje del satélite Gaia.
🗣️ «Las RR Lyrae son faros antiguos del halo galáctico — explican los autores. Y precisamente por eso son ideales para explorar las regiones dominadas por la materia oscura».
El equipo combinó dos grandes catálogos de estrellas RR Lyrae —uno con datos espectroscópicos y otro basado en fotometría del satélite Gaia— hasta reunir casi 140.000 objetos astronómicos. Tras aplicar estrictos filtros de calidad para evitar errores en las mediciones, calcularon sus velocidades en el marco de referencia galáctico. El criterio clave era simple en apariencia: si la velocidad de una estrella supera la velocidad de escape local, entonces ya no está ligada gravitatoriamente a la Vía Láctea.
Dos orígenes posibles: centro galáctico y Nubes de Magallanes
El resultado fue sorprendente. Más de 8.000 estrellas parecían superar ese umbral. Pero la mayoría pertenecían a estructuras conocidas, como las Nubes de Magallanes —dos galaxias enanas, pertenecientes al Grupo Local de galaxias—o galaxias enanas satélite, cuyos propios movimientos pueden inflar artificialmente las velocidades.
Al eliminar estos casos y revisar manualmente las curvas de luz para descartar errores de clasificación, los tres astrónomos se quedaron con una muestra final de 87 candidatas fiables. Todas ellas superan la velocidad de escape solo con su movimiento transversal, incluso sin conocer su velocidad radial completa.
Siete de estas estrellas viajan a más de 800 kilómetros por segundo. Tres superan incluso los 1.000. Son cifras extremas que las convierten en auténticos proyectiles galácticos. Pero lo más interesante no es solo su velocidad, sino dónde se encuentran. Al cartografiar su distribución en el cielo, los investigadores detectaron dos poblaciones claramente diferenciadas.
Una se concentra hacia el centro galáctico, compatible con un origen en las cercanías del agujero negro supermasivo. La otra se agrupa alrededor de las Nubes de Magallanes, dos galaxias satélite que orbitan la Vía Láctea y que, según simulaciones recientes, también podrían albergar mecanismos capaces de expulsar estrellas a gran velocidad.
Mapa de la distribución de estrellas RR Lyrae en la Vía Láctea. La imagen muestra cómo se reparten estas estrellas antiguas alrededor de la galaxia, con zonas más densas y otras más dispersas. Los símbolos señalan la posición de galaxias vecinas como las Nubes de Magallanes y varias galaxias enanas, así como restos de corrientes estelares, claves para estudiar la estructura y la historia gravitatoria de la Vía Láctea. Cortesía: Haozhu Fu et al
Qué nos dicen estas estrellas sobre la materia oscura
Este hallazgo refuerza una idea emergente: la Vía Láctea no es el único motor capaz de producir estrellas fugitivas. Las interacciones gravitatorias en galaxias enanas, explosiones de supernovas en sistemas binarios o incluso agujeros negros intermedios podrían lanzar estrellas al espacio intergaláctico. En algunos casos, estas estrellas no solo escapan de su galaxia de origen, sino que también logran vencer el potencial gravitatorio de la Vía Láctea.
Aquí es donde entra en juego la materia oscura. Aunque no se puede observar directamente, ya que estamos ante una forma de materia invisible que no emite ni refleja luz, su presencia se manifiesta a través de la gravedad. Determina cómo giran las galaxias, cómo se mueven las estrellas y qué velocidad de escape se necesita para salir de una estructura galáctica. Medir con precisión la velocidad de escape en distintas regiones permite inferir cuánta masa —visible e invisible— hay acumulada.
Las estrellas hiperveloces son, en este sentido, testigos privilegiados. Su trayectoria y su velocidad contienen información directa sobre el campo gravitatorio que han atravesado. Si la materia oscura estuviera distribuida de forma distinta a lo que predicen los modelos actuales, muchas de estas estrellas no deberían ser realmente libres. Sin embargo, Fu, Yang Huang y Zhang comprobaron que sus conclusiones se mantienen incluso usando distintos modelos del potencial gravitatorio de la Vía Láctea, algunos con halos de materia oscura más masivos que otros.
Las estrellas fugitivas comparten una misma historia
El estudio también detecta diferencias químicas entre las dos poblaciones de estrellas hiperveloces. Las que se agrupan cerca del centro galáctico tienden a ser algo más ricas en metales, mientras que las asociadas a las Nubes de Magallanes muestran composiciones químicas más pobres, coherentes con el origen en galaxias enanas.
Esta huella química refuerza la idea de que no todas las estrellas fugitivas comparten la misma historia.
Aun así, los investigadores son cautos. La mayoría de estas estrellas no tiene todavía mediciones de velocidad radial, una pieza clave para reconstruir sus órbitas completas hacia atrás en el tiempo. Sin ese dato, es difícil afirmar con certeza de dónde proceden. El equipo ha probado métodos estadísticos para suplir esta carencia, pero subraya la necesidad de observaciones espectroscópicas de seguimiento.
El futuro de la cartografía galáctica
El futuro, sin embargo, es prometedor. Las próximas versiones de los datos de Gaia mejorarán aún más la precisión astrométrica, y nuevos instrumentos astronómicos, como el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), en Arizona, permitirán medir velocidades radiales incluso para estrellas muy débiles.
Con estos datos, las estrellas hiperveloces podrían convertirse en una herramienta de precisión para cartografiar la materia oscura del halo galáctico, una región vasta y esquiva que contiene la mayor parte de la masa de la Vía Láctea.
En cierto modo, estas estrellas cuentan una historia de violencia cósmica y exilio galáctico. Fueron expulsadas de sus hogares estelares por fuerzas extremas y ahora cruzan el espacio a velocidades imposibles. Pero, paradójicamente, es gracias a su huida como pueden ayudarnos a comprender lo que no vemos. Siguiendo el rastro de estas fugitivas cósmicas, los astrónomos esperan iluminar la estructura invisible que sostiene nuestra galaxia. Porque a veces, para entender lo que nos mantiene unidos, hay que observar a quienes lograron escapar.▪️
Fuente: Haozhu Fu et al. Search for Distant Hypervelocity Star Candidates Using RR Lyrae Stars. The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae0c09
