El Instituto de Astrofísica de Andalucía participa en ARRAKIHS, la misión de la Agencia Espacial Europea para el estudio de la materia oscura

El comité del Programa de Ciencia de la Agencia Europea del Espacio (ESA), aprobó oficialmente ayer la selección de la misión ARRAKIHS, la primera misión del Programa Científico de la ESA liderada desde España, en particular desde el Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC/UC), con el objetivo de que sea lanzada en 2030.

Imágenes de corrientes estelares en los halos de galaxias espirales cercanas similares a la Vía Láctea obtenidas con telescopios aficionados. Las observaciones de la misión ARRAKIHS de las corrientes más difusas en este tipo de galaxias desde el espacio proporcionará un diagnóstico sobre la naturaleza de la materia oscura. Crédito: David Martínez-Delgado.

La misión ARRAKIHS (acrónimo de “Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys”) fue presentada al programa de las Misiones-F (Fast Missions Oportunities) de la ESA en febrero de este año. En su desarrollo participa un consorcio internacional, con centros de investigación de España, Suiza, Reino Unido, Bélgica, Suecia, Austria y Estados Unidos. Posteriormente recibió el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación a través de su habilitación en el programa PRODEX de la ESA, gestionado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial (CDTI).

El principal objetivo científico de la misión reside en el estudio de la materia oscura, un tipo de materia que ni emite ni refleja luz y que podría ser hasta cinco veces más abundante que la materia ordinaria (la que forma las galaxias, las estrellas y los planetas). Debido a sus propiedades, su detección directa es muy compleja y, por ahora, solo se detecta a través de sus efectos gravitatorios. Son precisamente esos efectos sobre las galaxias satélite que giran en torno a galaxias mayores, como la Vía Láctea, los que ARRAKIHS podrá descubrir y caracterizar para poder desvelar la naturaleza de la materia oscura.

Además, las imágenes profundas obtenidas por ARRAKIHS permitirán detectar las corrientes de marea más difusas, que constituyen los escombros de la destrucción de las galaxias enanas al interaccionar con galaxias mayores. La detección de estos escombros, predicha por las simulaciones cosmológicas, permitirá corroborar directamente el proceso de aglutinamiento de galaxias satélite que forma parte de la construcción de las galaxias más masivas como la nuestra.

«La idea de esta misión surgió hace más de una década, inspirada en las imágenes profundas de galaxias espirales cercanas obtenidas con telescopios aficionados –apunta David Martinez-Delgado, investigador Talentia Senior del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que lidera la coordinación de la estrategia observacional de la misión, incluyendo las pruebas previas en tierra antes del lanzamiento–. Estas imágenes nos permitieron detectar por primera vez las corrientes estelares más brillantes en los halos, pero nuestras observaciones estaban limitadas por el brillo del cielo a pesar de observar desde alguno de los lugares más oscuros de la Tierra. La posibilidad de colocar en órbita un telescopio de pequeña apertura que pudiera tomar imágenes de gran campo de estas galaxias cercanas era la única solución para alcanzar los límites de detección necesarios para una comparación directa con las simulaciones cosmológicas».

Un hito astronómico

Para la misión, la empresa Satlantis ha diseñado y desarrollado una cámara binocular visible e infrarroja que permitirá obtener imágenes de cien galaxias similares a la Vía Láctea, alcanzando un brillo superficial entre cinco y cien veces más profundo que las mejores imágenes tomadas desde observatorios terrestres. La profundidad, resolución y gran campo de las imágenes que proporcionará ARRAKIHS supondrán un hito astronómico y proporcionarán una información clave sobre el conocimiento de la materia oscura en el universo y el origen del mismo.

La cámara binocular iSIM de Satlantis permitirá obtener imágenes del universo a ultrabajo brillo superficial en cuatro bandas visibles e infrarrojas.

A través de estas imágenes, y mediante novedosas metodologías de procesado de señal, se espera poder determinar si la naturaleza de la materia oscura, como apuntan otras observaciones cosmológicas, es del tipo frío, es decir, formada por partículas que se mueven a velocidades no relativistas (velocidades significativamente menores que la luz). Se trata de un aspecto clave, ya que, si bien el modelo de materia oscura fría parece ser el que sustentan las observaciones cosmológicas en gran escala, algunas de sus propiedades en escalas pequeñas, del tamaño de los halos de galaxias, presentan cierta tensión con las observaciones actuales.

De esta forma, la sensibilidad y brillo superficial ultrabajo que se espera obtener con ARRAKIHS permitirán confirmar o no las predicciones del modelo de materia oscura fría a escalas de los halos de galaxias, y a niveles de brillos superficiales aún inexplorados.

El equipo investigador responsable de ARRAKIHS, liderado por el IFCA, está formado por la Universidad Complutense de Madrid (UCM), el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), el Centro de Astrobiología (CAB, INTA-CSIC) y el Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA), en colaboración con la empresa Satlantis.