Descubierta la primera 'galaxia fallida': el Hubble confirma una nube de materia oscura sin estrellas

Un equipo internacional de astrónomos ha identificado un tipo de objeto nunca visto: una nube rica en hidrógeno y materia oscura, pero sin una sola estrella. Bautizada como Cloud-9, es el primer ejemplo confirmado de una galaxia fallida, un fósil del universo primitivo que nunca llegó a encender la formación estelar.

El hallazgo, realizado con el telescopio espacial Hubble de la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA), supone un avance clave para entender cómo nacen las galaxias y cómo se comporta la materia oscura.

“Esta es la historia de una galaxia que fracasó”, explica Alejandro Benítez-Llambay, investigador principal del programa en la Universidad Milano-Bicocca de Italia. “En ciencia, normalmente aprendemos más de los fracasos que de los éxitos. En este caso, no ver estrellas es lo que demuestra que la teoría es correcta”.

Los resultados, publicados en The Astrophysical Journal Letters, se presentaron en una rueda de prensa este lunes en la 247ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Phoenix.

El descubrimiento confirma una predicción teórica que llevaba años sin poder verificarse: la existencia de nubes de materia oscura incapaces de acumular suficiente gas frío para encender la formación estelar. Estos objetos ofrecen una ventana única a las primeras etapas de la formación galáctica.

Un objeto fantasma que llevaba décadas esquivando a los astrónomos

Cloud-9 pertenece a la categoría teórica RELHIC (Reionization-Limited HI Cloud o "nube de hidrógeno neutro limitada por la reionización"). El término describe una nube natal de hidrógeno procedente de los primeros días del universo, un fósil que ha permanecido sin formar estrellas durante miles de millones de años, tras la reionización del universo. Durante años se sospechó su existencia, pero faltaban pruebas concluyentes.

El reto era demostrar precisamente lo que no está ahí. “Antes del Hubble se podía argumentar que era una galaxia enana muy débil”, señala Gagandeep Anand, del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore y autor principal del estudio. “Pero con la Cámara Avanzada para Sondeos del Hubble hemos podido determinar definitivamente que no hay nada allí”.

La ausencia de estrellas en este objeto resulta especialmente llamativa cuando se compara con otras estructuras similares del universo. Aunque existen galaxias enanas ultradébiles con masas estelares comparables al límite superior permitido para Cloud-9, ninguna posee un reservorio tan grande de hidrógeno neutro, lo que refuerza su carácter excepcional.

Anatomía de una galaxia que nunca llegó a ser

Cloud-9 se encuentra cerca de Messier 94 (M94), una galaxia espiral a unos 14,3 millones de años luz. Su nombre proviene de ser la novena nube de gas identificada en la zona, aunque pronto destacó por sus propiedades inusuales.

El núcleo de hidrógeno neutro mide unos 4.900 años luz y contiene una masa equivalente a un millón de soles. Si el gas está en equilibrio con la gravedad del halo, la nube debe estar fuertemente dominada por materia oscura, con una masa total estimada en 5.000 millones de masas solares.

Eso implica que el 99,98% de su masa es invisible, es decir, es materia oscura, esa sustancia misteriosa que no emite luz pero cuya presencia se detecta por sus efectos gravitatorios. “Esta nube es una ventana al universo oscuro”, afirma Andrew Fox. “Sabemos que la mayor parte de la masa del universo es materia oscura, pero es difícil detectarla. Cloud-9 nos ofrece una oportunidad única”.

Las observaciones de alta resolución con radiotelescopios muestran ligeras distorsiones en el gas, quizá debidas a una interacción con M94. Su velocidad de recesión (304 km/s) coincide con la de la galaxia, y su separación proyectada -unos 70.000 años luz- sugiere que ambos objetos están físicamente asociados.

El umbral crítico entre el éxito y el fracaso galáctico

Para entender por qué Cloud-9 nunca formó estrellas hay que acudir al modelo Lambda-CDM (materia oscura fría con constante cosmológica), marco teórico estándar de la cosmología moderna y que establece las galaxias solo se forman en halos de materia oscura que superan una masa crítica.

Tras la época de reionización del universo, cuando la radiación de las primeras estrellas y galaxias volvió a ionizar el hidrógeno neutro que llenaba el cosmos, este umbral de masa crítica se estableció en aproximadamente 5.000 millones de soles. Por tanto, solo los halos de materia oscura que superasen esa masa pueden retener gas suficiente para formar galaxias. Los halos por debajo de ese umbral permanecen oscuros.

Cloud-9 se sitúa exactamente en ese límite crítico. “Si fuera mucho más grande habría colapsado y formado estrellas”, explica Benítez-Llambay. “Si fuera más pequeña, el gas se habría dispersado. Está en un punto óptimo para permanecer como un RELHIC”.

Las simulaciones predicen que, a pesar de carecer de estrellas, los RELHIC deberían albergar núcleos compactos y casi esféricos de hidrógeno neutro, en equilibrio hidrostático con la materia oscura y térmico con la radiación ultravioleta de fondo. Su firma característica es una línea de emisión de 21 cm estrecha, con anchuras de velocidad inferiores a 20 km/s.

Un censo exhaustivo de estrellas que no existen

Cloud-9 fue detectada inicialmente hace tres años con el radiotelescopio FAST en China, y confirmada después por Green Bank y el Very Large Array en EEUU. Todos ellos detectaron la señal de hidrógeno neutro, pero no podían descartar la presencia de estrellas.

Otros candidatos a RELHIC habían resultado poco convincentes: perfiles de doble pico, tamaños demasiado grandes o líneas demasiado anchas. Cloud-9, en cambio, cumplía todas las predicciones teóricas. Comparada con otras nubes observadas, es más pequeña, compacta y altamente esférica.

Solo el Hubble pudo confirmar su naturaleza. Las observaciones profundas permitieron descartar cualquier galaxia enana con una masa estelar superior a 3.000 soles, y análisis más rigurosos reducen ese límite a 10.000 masas solares con un 99,5% de confianza.

Este dato es crucial: su masa y distribución de hidrógeno son similares a las de Leo T, una galaxia enana con unas 100.000 masas solares en estrellas. El Hubble descarta que Cloud-9 tenga algo parecido, reforzando su identificación como un auténtico RELHIC.

Implicaciones: reescribiendo el mapa del universo oscuro

El hallazgo tiene importantes implicaciones. En primer lugar, confirma una predicción clave del modelo Lambda-CDM: la existencia de halos llenos de gas pero sin estrellas en escalas subgalácticas.

En segundo lugar, Cloud-9 permite estudiar la materia oscura sin las complicaciones de la formación estelar. La ausencia de estrellas elimina incertidumbres asociadas a vientos galácticos, retroalimentación o explosiones de supernova.

“Entre nuestros vecinos galácticos podría haber algunas casas abandonadas”, comenta Rachael Beaton, del STScI y miembro del equipo de investigación. Cloud-9 sería una de ellas: una estructura que empezó a formarse pero nunca llegó a convertirse en una galaxia luminosa.

La rareza de estos objetos sugiere que podrían descubrirse más en los próximos años, gracias a radiotelescopios más sensibles y técnicas de observación mejoradas.

¿Qué le espera a Cloud-9?

¿Podría Cloud-9 formar estrellas en el futuro? Solo si aumentara su masa, algo incierto. Las distorsiones observadas podrían indicar una interacción con M94 que, dependiendo de su naturaleza, podría desencadenar la formación estelar o despojarla de gas.

Los investigadores proponen tres líneas de trabajo complementarias: primero, observaciones ópticas más profundas, idealmente con el James Webb; segundo, simulaciones que exploren si su morfología ligeramente perturbada encaja con un RELHIC que experimenta desprendimiento por presión dinámica y, tercero, mapas en la línea H-alfa para detectar la emisión en forma de anillo esperada en sus regiones externas.

Un hito en la exploración del cosmos invisible

El descubrimiento de Cloud-9 ha permitido a los científicos confirmar la existencia de un objeto predicho por la teoría pero que hasta ahora había permanecido esquivo: un halo de materia oscura lleno de gas pero completamente desprovisto de estrellas. Este hallazgo valida décadas de trabajo teórico sobre la formación de galaxias y abre una nueva ventana para estudiar la materia oscura, uno de los mayores misterios de la física contemporánea.

Cloud-9 parece ser, además, el primer sistema conocido que señala claramente la transición entre halos que forman galaxias y halos que fracasan. “Es un objeto único que nos está mostrando algo fundamental sobre cómo funciona el universo”, concluyen los autores en el estudio.