Algunos de los detalles más finos y pequeños del universo (los espacios entre grupos alargados de estrellas) pronto podrían ayudar a los astrónomos a revelar  la materia oscura  con mayor detalle que nunca. Después del  lanzamiento del Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA, en mayo de 2027, los investigadores utilizarán sus imágenes para explorar lo que existe entre los zarcillos de estrellas en bucle que se extraen de los cúmulos globulares. Específicamente, se centrarán en las corrientes de marea de los cúmulos globulares que orbitan nuestra vecina galaxia de Andrómeda. Su objetivo es identificar un mayor número de ejemplos de estas corrientes de marea, examinar los espacios entre las estrellas e, idealmente, determinar propiedades concretas de la materia oscura.

Las corrientes de cúmulos globulares son como cintas que revolotean en el cosmos, guiando y siguiendo a los cúmulos globulares donde se originaron a lo largo de sus órbitas. Sus longitudes en nuestra galaxia, la Vía Láctea, varían enormemente. Las corrientes estelares muy cortas son relativamente jóvenes, mientras que las que rodean completamente una galaxia pueden ser casi tan antiguas como el universo. Una corriente que envuelve completamente la galaxia de Andrómeda podría tener más de 300.000 años luz de largo pero menos de 3.000 años luz de ancho.

Con Roman, los astrónomos podrán buscar por primera vez en galaxias cercanas corrientes estelares de cúmulos globulares. El Instrumento de Campo Amplio de Roman tiene 18 detectores que producirán imágenes 200 veces el tamaño de la cámara de infrarrojo cercano del Telescopio Espacial Hubble, con una resolución ligeramente mayor.

"Roman podrá tomar una  enorme instantánea de la galaxia de Andrómeda, lo que simplemente no es posible con ningún otro telescopio", compartió Christian Aganze, autor principal de un artículo reciente sobre este tema y postdoctorado en la Universidad de Stanford en California. "También proyectamos que Roman podrá detectar estrellas individualmente".

Imagine los resultados: las vastas y exquisitamente detalladas imágenes de Roman permitirán a los investigadores identificar fácilmente muchos ejemplos de corrientes de cúmulos globulares en Andrómeda. Hasta la fecha, los astrónomos que utilizan los telescopios existentes en el espacio y en la Tierra se han limitado a estudiar un número ligeramente menor de corrientes de cúmulos globulares dentro de nuestra Vía Láctea.

La enorme huella del instrumento de campo amplio del próximo telescopio espacial romano Nancy Grace muestra cuánto podría observar su cámara en una sola imagen. (El Wide Field Instrument tiene 18 detectores cuadrados). Dentro de esta huella hay una imagen romana simulada. El fondo es una imagen terrestre del disco principal de la galaxia de Andrómeda tomada por Digitized Sky Survey. Se proporciona a escala una fotografía de la Luna llena tomada por el Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA. Andrómeda tiene un diámetro de unos 3 grados en el cielo, mientras que la Luna tiene unos 0,5 grados de ancho. (En realidad, la Luna es mucho más pequeña que Andrómeda, pero también está mucho más cerca). La huella del Wide Field Instrument captura 0,28 grados cuadrados del cielo en una sola toma. Andrómeda es una galaxia espiral similar en tamaño y estructura a nuestra Vía Láctea, pero es más masiva. Se encuentra aproximadamente a 2,5 millones de años luz de la Tierra. Crédito: Imagen: NASA, NASA-GSFC, ASU, Robert Gendler DSS; Simulación: NASA, STScI, Benjamin F. Williams (UWashington).

¿Está la materia oscura entre las estrellas?

La materia oscura, que muchos suponen que es una partícula, aún no se puede observar directamente porque no emite, refleja, refracta ni absorbe luz. Si no podemos verlo, ¿cómo sabemos que está ahí? "Vemos el efecto de la materia oscura en las galaxias", aclaró Aganze. “Por ejemplo, cuando modelamos cómo giran las galaxias, necesitamos masa adicional para explicar su rotación. La materia oscura puede proporcionar esa masa faltante”.

Todas las galaxias, incluida la Vía Láctea, están rodeadas por un halo de materia oscura. A medida que los astrónomos aprenden más sobre la naturaleza de la materia oscura, pueden encontrar evidencia de que el halo de una galaxia también puede contener una gran cantidad de subhalos de materia oscura más pequeños, que son predichos por los modelos. "Estos halos son probablemente más o menos esféricos, pero actualmente no se conoce su densidad, tamaño e incluso si existen", explicó Tjitske Starkenburg, coautor y profesor asistente de investigación en la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois.

Roman redefinirá su búsqueda. “Esperamos que la materia oscura interactúe con las corrientes de cúmulos globulares. Si estos subhalos están presentes en otras galaxias, predecimos que veremos lagunas en las corrientes de cúmulos globulares que probablemente sean causadas por materia oscura”, continuó Starkenburg. "Esto nos dará nueva información sobre la materia oscura, incluyendo qué tipos de halos de materia oscura están presentes y cuáles son sus masas".

Aganze y Starkenburg estiman que Roman entregará de manera eficiente los datos que necesitan dentro de las galaxias cercanas (requiriendo solo un total de una hora) y que estas observaciones pueden ser capturadas por el High Latitude Wide Area Survey.

Starkenburg también ayudará a sentar las bases para esta investigación a través de sus contribuciones a otro proyecto recientemente seleccionado para recibir financiación por el  programa de Oportunidades de Participación de Apoyo e Investigación del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA. "Este equipo planea modelar cómo los cúmulos globulares se forman en corrientes estelares mediante el desarrollo de un marco teórico mucho más detallado", explicó. "Continuaremos prediciendo dónde se originaron los cúmulos globulares que forman corrientes y si estas corrientes serán observables con Roman".

Aganze también está entusiasmado con otros proyectos que estarán en línea actualmente o que pronto estarán en línea. "La misión Euclid de la Agencia Espacial Europea ya está comenzando a explorar la estructura a gran escala del universo, lo que nos ayudará a aprender más sobre el papel de la materia oscura", afirmó. “Y el Observatorio Vera C. Rubin pronto explorará repetidamente el cielo nocturno con objetivos similares. Los datos de estas misiones serán increíblemente útiles para limitar nuestras simulaciones mientras nos preparamos para Roman”.

El Telescopio Espacial Romano Nancy Grace se administra en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, con la participación del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y Caltech/IPAC en el sur de California, el Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore y un equipo científico compuesto por científicos de varios instituciones de investigación. Los principales socios industriales son Ball Aerospace and Technologies Corporation en Boulder, Colorado; L3Harris Technologies en Melbourne, Florida; y Teledyne Scientific & Imaging en Thousand Oaks, California.

Por el Instituto Científico del Telescopio Espacial Claire Blome, Baltimore, Maryland.

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