El problema del tiempo de los cúmulos globulares en galaxias enanas sigue siendo una de las contradicciones más llamativas entre las predicciones del modelo estándar de materia oscura fría y las observaciones. En ese modelo, las densas cúspides en los centros de los halos y el fuerte frenado dinámico deberían arrastrar los cúmulos masivos de estrellas hacia el centro en unos pocos miles de millones de años; sin embargo, en la realidad los cúmulos con más de 10 mil millones de años siguen orbitando tranquilamente por la periferia. El trabajo se enmarca en la línea de investigaciones que buscan la solución a este problema modificando las propiedades de la propia materia oscura, y no ajustando las condiciones iniciales. Cerca, en el archivo, hay trabajos sobre la supresión del frenado dinámico por vórtices oscuros, sobre las ondas cuánticas como indicio de la naturaleza de la materia oscura y sobre galaxias sin materia oscura, lo que perfila una dirección común de búsqueda: poner a prueba modelos alternativos a pequeñas escalas.
Los autores utilizaron una muestra de candidatos a cúmulos globulares procedente de los primeros datos observacionales del telescopio «Euclid» para dos cúmulos de galaxias: Fornax (unos 20 Mpc) y Perseo (unos 72 Mpc). Tras el corte por luminosidad y la exclusión de objetos cercanos a los centros de las galaxias, quedaron 39 cúmulos en 12 galaxias enanas de Fornax y 4487 cúmulos en 749 galaxias de Perseo. Para cada galaxia estimaron la masa del halo de materia oscura mediante la relación masa estelar–halo y después construyeron el perfil de densidad en el modelo de materia oscura difusa como la suma de un núcleo solitónico central y una envoltura externa que se aproxima al perfil de Navarro–Frenk–White. Las órbitas de los cúmulos se integraron con la biblioteca galpy, teniendo en cuenta la fuerza de frenado dinámico modificada, que depende del número cuántico de Mach y del número de onda. Para cada cúmulo se halló por bisección el valor máximo del parámetro de masa m₂₂ con el que el cúmulo no cae al centro en 10 mil millones de años. Se consideraron cuatro configuraciones de órbitas: con radio proyectado o desproyectado y con excentricidad 0 o 0,5.
En el modelo de materia oscura difusa, los cúmulos globulares de las galaxias enanas dejan de experimentar una caída orbital hacia el centro cuando la masa de la partícula es lo bastante pequeña. Para el cúmulo de Fornax se obtuvo el límite superior m₂₂ ≤ 1,46+0,51−0,32, para el cúmulo de Perseo m₂₂ ≤ 1,09+0,14−0,21, y para la galaxia enana esferoidal Fornax m₂₂ ≤ 1,38+0,48−0,45. Estas tres restricciones concuerdan bien entre sí. Las incertidumbres asociadas a la elección de la configuración orbital resultaron pequeñas, lo que refuerza la fiabilidad del resultado. Los límites obtenidos concuerdan con las estimaciones a partir de la dinámica estelar en galaxias enanas (m₂₂ < 1 y < 0,4), pero entran en contradicción con el límite inferior m₂₂ > 1,5 procedente de la supervivencia de corrientes estelares frías y con los valores más altos del bosque Lyman-alfa (m₂₂ ≈ 7–20).
El trabajo se distingue de los estudios vecinos en que por primera vez aplica datos de «Euclid» para un análisis masivo de miles de cúmulos globulares en dos cúmulos de galaxias a la vez, y no en una sola galaxia enana. Esto permite obtener restricciones estadísticamente más fiables sobre la masa de la partícula de materia oscura difusa. Además, a diferencia de muchos trabajos anteriores, los autores tienen en cuenta no solo el cambio del perfil de densidad, sino también la modificación del frenado dinámico, lo que hace que el modelo sea autoconsistente. El resultado muestra que el problema del tiempo puede resolverse en el marco de la materia oscura difusa, pero solo con valores de masa que están en tensión con otras restricciones astrofísicas. Esto indica que o bien el modelo necesita precisarse, o bien el problema del tiempo tiene una explicación más compleja, relacionada con las condiciones de formación de los cúmulos.
Las siguientes entregas de datos de «Euclid» proporcionarán un orden de magnitud más de candidatos a cúmulos globulares, lo que permitirá reducir notablemente el rango admisible de masas de la partícula. También está previsto tener en cuenta la falta de esfericidad del potencial de las galaxias enanas, que puede alterar la dinámica de los cúmulos y desplazar las restricciones hacia masas mayores. Una dirección aparte es el estudio de la distribución de los radios iniciales de formación de los cúmulos, ya que el supuesto de que se formaron a las distancias actuales maximiza el problema del tiempo y da el límite más conservador. Si los cúmulos nacieron más lejos del centro, la restricción sobre la masa de la partícula se relajará y, quizá, suavizará la tensión con otros datos.
Los resultados influyen en la cosmología de pequeñas escalas, en la física de los bosones ultraligeros y en la interpretación de los datos del telescopio «Euclid».
Utilizar muestras más grandes de las futuras entregas de datos de «Euclid» e incluir potenciales galácticos no esféricos en el modelado.
El trabajo está directamente relacionado con el problema no resuelto del tiempo de los cúmulos globulares en galaxias enanas, así como con la cuestión más amplia de la naturaleza de la materia oscura y sus manifestaciones a escalas galácticas.
La masa de la partícula de materia oscura difusa es 10²² veces menor que la masa del electrón, pero sus propiedades ondulatorias se manifiestan a escalas de miles de años luz.
La idea de una materia oscura ultraligera que forma ondas cuánticas a escalas galácticas resuena con el concepto de «niebla cuántica» de la novela «La escalera de Schild» de Greg Egan, donde la física del vacío determina la estructura del universo.