Créditos de imagen: NASA / ESA / JPL-Caltech / Conroy et. aluminio. 2021
Los astrónomos que utilizan datos de telescopios de la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea) han publicado un nuevo mapa de todo el cielo en la región más externa de nuestra galaxia. Conocida como el halo galáctico, esta región se encuentra fuera de los brazos espirales giratorios que forman el disco central reconocible de la Vía Láctea y está escasamente poblada por estrellas. Si bien el halo puede parecer mayormente vacío, también se predice que contiene una enorme reserva de materia oscura, una sustancia misteriosa e invisible que se cree que constituye la mayor parte de la masa del universo.
Los datos para el nuevo mapa provienen de la misión Gaia ESA y del Explorador de Levantamiento Infrarrojo de Campo Amplio de Objetos Cercanos a la Tierra de la NASA o NEOWISE, que operó de 2009 a 2013 bajo el seudónimo de WISE. Investigación de astrónomos del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y publicado hoy en Naturalezautiliza datos recopilados por la nave espacial en 2009-2018.
El nuevo mapa muestra cómo una pequeña galaxia llamada Gran Nube de Magallanes (LMC), llamada así porque es la más grande de las dos galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea, navegó a través del halo galáctico de la Vía Láctea como un barco a través del agua, su rastreo de gravedad. las estrellas detrás de él. La LMC se encuentra a unos 160.000 años luz de la Tierra y constituye menos de una cuarta parte de la masa de la Vía Láctea. Aunque las partes internas del halo se han cartografiado con gran precisión, este es el primer mapa que ofrece una imagen similar de las regiones del halo exterior donde se encuentra el rastro: entre 200.000 años luz y 325.000 años luz del centro de la galaxia. Investigaciones anteriores indicaron una estela, pero un mapa de todo el cielo confirma su presencia y ofrece una vista detallada de su forma, tamaño y ubicación.
Esta perturbación del halo también les da a los astrónomos la oportunidad de estudiar algo que no pueden observar directamente: la materia oscura. Aunque no emite, refleja ni absorbe luz, se ha observado en el universo la influencia gravitacional de la materia oscura. Se cree que forma el andamio sobre el que se construyen las galaxias, de modo que sin él, las galaxias colapsarían al girar. Se estima que la materia oscura es cinco veces más común en el universo que toda la materia que emite o interactúa con la luz, desde las estrellas hasta los planetas y las nubes de gas.
Si bien existen muchas teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, todas sugieren que debería estar presente en el halo de la Vía Láctea. Si este es el caso, cuando el LMC navegue por esta región, también debería dejar un rastro en la materia oscura. Se cree que la estela observada en el nuevo mapa estelar es el contorno de este rastro de materia oscura; las estrellas son como hojas en la superficie de este océano invisible y su posición cambia con la materia oscura.
La interacción entre la materia oscura y la Gran Nube de Magallanes tiene grandes implicaciones para nuestra galaxia. A medida que la LMC orbita la Vía Láctea, la gravedad de la materia oscura atrae la LMC y la ralentiza. Esto hará que la órbita de la galaxia enana se vuelva cada vez más pequeña hasta que la galaxia finalmente colisione con la Vía Láctea en aproximadamente 2 mil millones de años. Este tipo de fusiones puede ser un factor clave para el crecimiento de galaxias masivas en todo el universo. De hecho, los astrónomos creen que la Vía Láctea se fusionó con otra pequeña galaxia hace unos 10 mil millones de años.
“Este robo de la galaxia más pequeña no es solo la razón por la que LMC se conecta a la Vía Láctea, sino también la razón por la que tienen lugar todas las conexiones de galaxias”, dijo Rohan Naidu, un graduado de astronomía de Harvard y coautor del nuevo artículo. “¡El despertar en nuestro mapa es una clara confirmación de que nuestra imagen básica de fusión de galaxias está en su lugar!”
Una rara ocasión
Los autores del artículo también creen que el nuevo mapa, junto con datos adicionales y análisis teóricos, podría ser una prueba para varias teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, como si está compuesta de partículas como la materia ordinaria y qué propiedades tienen estas partículas. son.
“Se puede imaginar que la huella de un barco será diferente si el barco atraviesa el agua o la miel”, dijo el coautor del estudio Charlie Conroy, profesor de la Universidad de Harvard y astrónomo del Centro de Astrofísica. “En este caso, las propiedades de la huella están determinadas por la teoría de la materia oscura que aplicamos”.
Conroy dirigió un equipo que trazó las posiciones de más de 1300 estrellas en el halo. El desafío surgió al intentar medir la distancia exacta desde la Tierra a una gran proporción de estas estrellas: a menudo es imposible determinar si una estrella es débil y cercana o brillante y lejana. El equipo utilizó datos de la misión Gaia de la ESA, que localiza muchas estrellas en el cielo pero no puede medir las distancias a las estrellas en las regiones exteriores de la Vía Láctea.
Después de identificar las estrellas que probablemente estaban en el halo (porque no estaban, por supuesto, en nuestra galaxia o la LMC), el equipo buscó estrellas en la clase de estrellas gigantes que tuvieran una ‘firma’ de luz específica detectada por NEOWISE. Conocer las propiedades básicas de las estrellas seleccionadas permitió al equipo determinar su distancia a la Tierra y crear un nuevo mapa. Marca un área que comienza a unos 200.000 años luz del centro de la Vía Láctea, aproximadamente donde se predijo que comenzaría la traza LMC, y se extiende por unos 125.000 años luz.
Conroy y sus colegas se inspiraron para buscar un rastro del LMC después de conocer a un equipo de astrofísicos de la Universidad de Arizona, Tucson, que crearon modelos informáticos que predicen cómo debería verse la materia oscura en un halo galáctico. Los dos grupos trabajaron juntos en el nuevo estudio. Uno de los modelos del equipo de Arizona, que es el tema del nuevo estudio, predijo la estructura general y la ubicación específica del rastro estelar revelado en el nuevo mapa. Una vez que los datos confirmaron que el modelo era correcto, el equipo pudo confirmar, como también han demostrado otros estudios: que es probable que el LMC esté en su primera órbita alrededor de la Vía Láctea. Si la galaxia más pequeña ya hubiera hecho muchas órbitas, la forma y la posición del rastro serían significativamente diferentes de lo que se observó. Los astrónomos creen que la LMC se originó en el mismo entorno que la Vía Láctea y otra galaxia cercana, M31, y estaba en una primera órbita muy larga alrededor de nuestra galaxia (alrededor de 13 mil millones de años). Su próxima órbita será mucho más corta debido a su interacción con la Vía Láctea.
“Si corroboramos nuestras predicciones teóricas con datos de observación, nuestra comprensión de las interacciones entre estas dos galaxias, incluida la materia oscura, está en camino”, dijo el estudiante de doctorado de la Universidad de Arizona Nicolás Garavito-Camargo, quien dirigió el trabajo sobre el modelo utilizado. en el artículo.
El nuevo mapa también brinda a los astrónomos una oportunidad única de probar las propiedades de la materia oscura (supuestamente agua o miel) en nuestra galaxia. En un nuevo estudio, Garavito-Camargo y sus colegas utilizaron la teoría popular de la materia oscura llamada materia oscura fría, que encaja relativamente bien con el mapa estelar observado. Ahora, un equipo de la Universidad de Arizona está ejecutando simulaciones utilizando diferentes teorías de la materia oscura para ver cuál encaja mejor en el camino estelar.
“Es realmente un conjunto especial de circunstancias que conforman este escenario que nos permite probar nuestras teorías de la materia oscura”, dijo Gurtina Besla, coautora del estudio y profesora asociada de la Universidad de Arizona. “Pero solo podemos hacer esta prueba combinando este nuevo mapa y las simulaciones de materia oscura que hemos creado”.
Proporcionado por el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica