Vivimos en una gigantesca urbe estelar. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, contiene alrededor de 200.000 millones de estrellas. Pero no toda su masa (su cantidad de materia) está compuesta de estrellas. También existe gas y polvo interestelar. La masa de gas en la Vía Láctea es equivalente a la de unas 30 mil millones de estrellas (el 15% de la masa estelar). La masa de polvo es mucho más modesta, equivalente a 2.000 millones de estrellas (1% de la masa estelar). Sumando estos números, esperaríamos que la masa de la Vía Láctea sería de unas 231.000 millones de veces la masa del Sol.
Pero esto no es así. Al hacer las cuentas usando el movimiento de rotación de la galaxia y las leyes de la Física de Newton encontramos que el peso de la Vía Láctea debería ser equivalente al de unas 1.5 billones (1.500.000.000. 000) estrellas. ¿Dónde está esa «masa perdida» que supone el 85% de la masa de la Vía Láctea? Se encuentra en forma de materia oscura.
El nombre de materia oscura puede ser un poco confuso: lo que significa es que es «algún tipo de materia» que no emite radiación (luz). De hecho, esta «materia especial» ni siquiera interacciona con la luz, solo lo hace a través de la gravedad. La naturaleza real de la materia oscura es uno de los grandes misterios de la Física actual: el grupo de investigadores que lo resuelva ganará sin duda un Premio Nobel y un prestigio internacional enorme. Las únicas pistas que tenemos de qué puede ser la materia oscura, cuya existencia está más que demostrada por las decenas de fenómenos físicos observacionales que es capaz de explicar, proviene de la Física de Partículas: debe ser un tipo de partícula distinta de las que hacen los átomos (electrones, protones, neutrones) y que se mueve a velocidades lentas en comparación con la luz (materia oscura fría). Sin la materia oscura la Vía Láctea (y cualquier galaxia del Universo) se rompería en millones de pedazos, con las estrellas saliendo disparadas en todas las direcciones, hacia el espacio intergaláctico.
Precisamente, el valor de 1.5 billones de masas solares para la masa total de la Vía Láctea es un número nuevo: está dada por una investigación reciente que ha usado la combinación de datos obtenidos con el famoso Telescopio Espacial Hubble (NASA/ESA) y el diminuto, pero potente, satélite Gaia (Agencia Espacial Europea, ESA). Durante las últimas décadas las medidas del peso de nuestra galaxia, usando técnicas muy diversas, daban unos valores entre 500.000 millones y 3 billones de masas solares. La nueva estimación de la masa de la Vía Láctea se encuentra precisamente a mitad de estos valores.
Los cúmulos globulares
¿Cómo se ha conseguido este número? Las observaciones dadas por el Telescopio Espacial Hubble y por el satélite Gaia son complementarias. Mientras que Gaia se diseñó exclusivamente para crear mapas tridimensionales precisos de la posición y la velocidad de estrellas de la Vía Láctea, la visión detallada de Hubble, con un campo de visión más pequeño pero capaz de ver mucho más lejos, permite estudiar estrellas lejanas y débiles que no se pueden observar con Gaia. Así, un grupo de astrónomos, liderados por la astrofísica Laura Watkins del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Garching, Alemania, ha usado los datos combinados de Gaia y Hubble para medir el movimiento tridimensional de cúmulos globulares en nuestra Galaxia.
Los cúmulos globulares son objetos que acumulan un gran número de estrellas (entre varios centenares de miles a varios millones), moviéndose en las partes externas de la Vía Láctea de forma distinta a como lo hacen las estrellas del disco espiral. Muchas de estas estrellas son muy viejas (incluso decenas de miles de millones de años), algunos cúmulos globulares son el resto de galaxias enanas que han sido «engullidas» por la Vía Láctea en el pasado. En cualquier caso, en la actualidad los cúmulos globulares siguen órbitas muy concretas alrededor del centro de la Galaxia. Muchos de ellos se encuentran bastante lejos, pero su movimiento depende completamente de la cantidad de materia que se encuentra dentro de su órbita. Así, midiendo a qué distancia exacta se encuentran los cúmulos globulares y a qué velocidad exacta se mueven se puede pesar la masa de la Vía Láctea con muy buena precisión.
Los datos de Gaia proporcionaban estos valores para 34 cúmulos globulares localizados hasta 65 mil años luz de distancia, mientras que Hubble pudo dar la información de 12 cúmulos globulares localizados hasta 130 mil años luz de distancia. Al combinar los datos de ambos ingenios espaciales, los astrofísicos pudieron estimar la distribución de masa de la Vía Láctea hasta una distancia de casi 1 millón de años luz de la Tierra. Aplicando modelos teóricos detallados a estos mapas pudieron extrapolar que la masa más probable para la Vía Láctea (su peso) es de 1.5 billones de veces la masa del Sol.
La masa de las galaxias
¿Cómo se compara entonces la Vía Láctea con lo que observamos en otras galaxias? Irónicamente sabemos con mucha más precisión la masa de galaxias externas que la de la Vía Láctea. La explicación es sencilla: podemos ver y medir bien lo que pasa en otras galaxias, pero como nosotros estamos dentro de la Vía Láctea esas medidas aquí son mucho más complicadas. La nueva estimación de masa pone a la Vía Láctea en muy buen nivel con respecto a otras galaxias en el Universo. Las galaxias más ligeras (las enanas) suelen tener no más de mil millones de masas solares, mientras que las galaxias más masivas que encontramos tienen unos 30 billones de masas solares.
Esto es importante: las galaxias más masivas son las galaxias elípticas gigantes que encontramos en los centros de los cúmulos de galaxias. Necesitaríamos que hayan fusionado 20 galaxias como la Vía Láctea para crear esos monstruos galácticos. Vamos entendiendo así, pasito a pasito, un poco más cómo el Universo ha llegado a ser como es ahora.
(*) El autor, astrofísico cordobés en Australian Astronomical Optics, Macquarie University y miembro de la Agrupación Astronómica de Córdoba, escribe regularmente en el blog ‘El Lobo Rayado’
