Galaxias enanas difusas contradicen el modelo estándar de materia oscura y proponen un nuevo paradigma
Un inesperado patrón de agrupación en galaxias enanas desafía las bases del modelo estándar de materia oscura. El hallazgo sugiere que el universo podría regirse por una física aún desconocida y desconcertante.
Por Enrique Coperías
Dos galaxias enanas —una difusa (arriba izquierda) y otra compacta (abajo derecha)— rodeadas por halos simulados de materia oscura, ilustran cómo la estructura de estos halos podría influir en la formación galáctica según el modelo de materia oscura autointeractiva. Imagen generada con DALL-E
Un equipo internacional de astrofísicos ha detectado un inesperado patrón de agrupación entre galaxias enanas difusas —pequeñas galaxias con muy pocas estrellas distribuidas de forma extensa, lo que las hace tenues y difíciles de detectar— que pone en entredicho el modelo de formación de galaxias aceptado en el marco de la materia oscura fría (CDM).
Publicado en la revista Nature, el estudio, que está coordinado por Wang Huiyuan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), arroja luz sobre un fenómeno poco explorado: el comportamiento estructural de las galaxias enanas dentro de los halos de materia oscura.
Todas las galaxias, incluidas las más pequeñas y menos luminosas, se forman en el interior de enormes estructuras invisibles conocidas como halos de materia oscura. La distribución y evolución de estos halos condiciona cuándo y dónde surgen las galaxias. Sin embargo, no todos los halos se comportan igual.
¿Qué es el sesgo de ensamblaje del halo?
En los últimos años, los científicos han estudiado lo que se conoce como sesgo de halo: la tendencia de ciertos halos a agruparse con mayor intensidad, bien por su masa —los más grandes tienden a concentrarse más— o por otras propiedades relacionadas con su historia de formación, en un fenómeno llamado sesgo de ensamblaje.
Recordemos que el sesgo de ensamblaje es la tendencia de los halos de materia oscura con una misma masa a agruparse de forma diferente según su edad u otras propiedades internas; por ejemplo, los halos más viejos suelen estar más concentrados y agrupados que los más jóvenes.
Hasta ahora, estas diferencias se habían observado sobre todo en galaxias masivas, más fáciles de detectar en estudios como el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), un proyecto astronómico que ha cartografiado millones de estrellas y galaxia para crear uno de los mapas más detallados del universo.
Las galaxias enanas, más tenues y dispersas, habían quedado en segundo plano. Pero el equipo de Wang ha logrado identificar un sesgo de ensamblaje incluso entre estas galaxias, lo que representa una oportunidad única para rastrear el origen de sus halos con mayor precisión que nunca.
La galaxia ultradifusa GAMA 526784, visible como una tenue mancha de luz, fue captada por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA. Esta débil estructura se encuentra en la constelación de Hidra, a unos cuatro mil millones de años luz de la Tierra. Cortesía: ESA/Hubble & NASA, R. van der Burg
El modelo estándar CDM, bajo presión
Analizando una muestra de galaxias enanas aisladas del SDSS, los investigadores descubrieron que las versiones difusas de estas galaxias —aquellas con estrellas más dispersas— tienden a agruparse en el espacio de forma mucho más intensa que sus contrapartes compactas. Esta diferencia, inesperada, contradice las predicciones del modelo de la materia oscura fría, que no anticipa semejante comportamiento entre galaxias de masa comparable.
Para explicar esta aparente anomalía, el equipo recurrió a una simulación cosmológica propia, conocida como ELUCID (siglas en inglés de Explorando el Universo Local con un Campo de Densidad Inicial Reconstruido). Los datos revelaron que las galaxias enanas difusas se localizan preferentemente en halos más antiguos, mientras que las compactas se asocian con halos más nuevos. Es la primera vez que se observa de forma directa este tipo de correlación, que hasta ahora solo existía en el papel.
El hallazgo pone en aprietos al paradigma actual. Según los modelos vigentes, las condiciones necesarias para que una galaxia enana difusa se forme en un halo viejo no encajan con lo que predice la materia oscura fría, un tipo teórico de materia invisible que no emite luz ni energía y se mueve lentamente, lo que permite que forme estructuras como galaxias, al agruparse por gravedad.
Para resolver esta discrepancia, los investigadores proponen una alternativa: la materia oscura autointeractiva.
«Nature»: un trabajo «original y muy sorprendente»
Este nuevo modelo sugiere que, además de la gravedad, las partículas de materia oscura podrían interactuar entre sí mediante fuerzas débiles adicionales. Tales interacciones modificarían la estructura de los halos antiguos, expandiéndolos y debilitando su atracción gravitatoria central. Esto favorecería el desarrollo de galaxias difusas. En los halos jóvenes, donde estas interacciones serían menores, se formarían galaxias más compactas.
Los revisores de Nature han calificado el trabajo como «original y muy sorprendente», destacando su potencial para reformular el papel de la materia oscura en la evolución del cosmos.
Más allá de su impacto inmediato, el estudio representa la primera prueba observacional firme del sesgo de ensamblaje del halo en galaxias enanas. Aporta una pieza clave en el complejo rompecabezas de la estructura del universo y desafía directamente la validez del modelo CDM. Si se confirma en futuras investigaciones, podría marcar el inicio de una nueva etapa en nuestra comprensión de la materia oscura y el origen de las galaxias.▪️
Información facilitada por la Academia China de las Ciencias
Fuente: Zhang, Z., Chen, Y., Rong, Y. et al. Unexpected clustering pattern in dwarf galaxies challenges formation models. Nature (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-08965-5
