Un modelo de materia oscura logra explicar datos recientes de la rotación de la Vía Láctea y la órbita de las estrellas cercanas a su centro

El paradigma que domina la escena astronómica mundial afirma que, en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se ubica un agujero negro súper masivo –una región del espacio-tiempo que contiene una concentración densa de masa de la que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede salir–, denominado Sagittarius A* (Sgr A*), por encontrarse en la región conocida como la constelación de Sagitario, a 26 mil años luz de nuestro Sistema Solar, con una masa 4 millones de veces superior a la del Sol. Desde hace algunos años, un modelo alternativo ideado por una colaboración internacional de expertos de la que participa el investigador del CONICET Carlos Argüelles, del Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP), propone un corrimiento de ese paradigma y afirma que la dinámica galáctica puede explicarse prescindiendo de la idea de la existencia de un agujero negro y que, en su lugar, se encuentra una densa concentración de materia oscura, el componente invisible que constituye la mayor parte de la masa del Universo.

En un estudio publicado recientemente en la revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, el equipo internacional, integrado por expertos del IALP; ICRANet (Italia); INAF (Italia); GIRG (Colombia) y el I. Physikalisches Institut zu Köln (Alemania), comunica un nuevo paso que reafirma su postulado: el modelo que prescinde de la idea de un agujero negro central logra explicar simultáneamente tanto las órbitas de las estrellas que rodean el centro galáctico –hasta escasas horas-luz de este– como los datos más recientes y precisos de la rotación general  a gran escala de toda la materia que llega hasta los bordes de la Vía Láctea, lo que convierte a la materia oscura, según los expertos, en un “arquitecto cósmico”.

“La investigación se centra en Sgr A*, el objeto compacto supermasivo ubicado en el núcleo de nuestra galaxia. Durante décadas, la explicación principal ha sido que se trata de un agujero negro. Esta teoría está respaldada por las órbitas observadas de un grupo de estrellas, conocidas como estrellas S, que giran alrededor de Sgr A* a altísimas velocidades de hasta varios miles de kilómetros por segundo. Otro grupo de objetos intrigantes y envueltos en polvo, llamados fuentes G, también orbita en las proximidades”, cuentan desde el IALP.

Según los expertos, los últimos datos de la misión GAIA DR3 de la Agencia Espacial Europea han mapeado meticulosamente la curva de rotación del halo exterior de la Vía Láctea, mostrando cómo orbitan las estrellas lejos del centro, con una precisión sin predecentes. “El nuevo estudio demuestra que un modelo específico de materia oscura compuesto por fermiones, es decir, partículas subatómicas ligeras, puede crear una estructura cósmica única: un núcleo compacto y superdenso rodeado por un vasto y difuso halo. Esta configuración de núcleo-halo actúa como una entidad única y unificada”.

Según el estudio, el núcleo interno es tan compacto y masivo que imita la atracción gravitatoria de un agujero negro, reproduciendo con precisión las órbitas observadas de las estrellas S –algo que el grupo de investigación ya demostró en publicaciones anteriores–, así como datos recientes de las fuentes G provistos por el colaborador alemán. El halo exterior de esta misma estructura de materia oscura, explica de forma natural la desaceleración específica en la curva de rotación de la Vía Láctea observada en los datos de GAIA DR3. "Esta es la primera vez que un modelo de materia oscura logra conectar estas escalas tan diferentes y las órbitas de varios objetos, incluyendo datos modernos de curvas de rotación y de estrellas centrales", explica Carlos Argüelles, investigador del CONICET en el IALP y coautor argentino del estudio, y añade: "No estamos simplemente reemplazando el agujero negro con un objeto oscuro. Estamos proponiendo que el objeto central supermasivo y el halo de materia oscura de la galaxia son dos manifestaciones de la misma sustancia continua".

"Nuestro modelo no solo explica las órbitas de las estrellas y la rotación de la galaxia, sino que, como fue mostrado en otro artículo por parte del equipo, también es consistente con la famosa imagen de la 'sombra del agujero negro'. El denso núcleo de materia oscura puede imitar la sombra porque curva la luz creando una oscuridad central rodeada por un anillo brillante, de manera análoga a como lo haría un agujero negro central", añade Valentina Crespi, autora principal del trabajo.

La comparación estadística entre el modelo de materia oscura fermiónica y el modelo tradicional del agujero negro arroja que, aunque los datos actuales de las estrellas internas aún no pueden distinguir de manera decisiva entre los dos escenarios, el modelo de materia oscura proporciona un marco unificado que explica el centro galáctico (estrellas centrales y sombra) y la galaxia en su conjunto. En ese sentido, y a la espera de nuevos estudios que contribuyan a probar las predicciones del modelo, el equipo se entusiasma con que este permita potencialmente remodelar la comprensión de la naturaleza fundamental del objeto cósmico ubicado en el corazón de la Vía Láctea.