Representación artística de la Vía Láctea. Fuente: Andrew Z. Colvin
¿Cómo pesar una galaxia? Es un desafío astronómico, especialmente si es la galaxia a la que llamas hogar. Resulta que hay varias formas de controlar la masa de la Vía Láctea, según un estudio reciente publicado en el sitio. arXiv el servidor de preimpresión resume estos métodos para presentar el mejor valor.
Un método es observar el movimiento de las estrellas en la galaxia. La mayoría de las estrellas de la Vía Láctea se mueven aproximadamente en un círculo alrededor del centro de la galaxia. Así como los planetas giran alrededor del sol, las estrellas giran alrededor de la galaxia. Dado que la gravedad es la fuerza que mantiene a las estrellas en sus órbitas, puedes usar la velocidad de la estrella y la distancia al centro para determinar la masa en su órbita. No todas las estrellas tienen órbitas circulares, pero en promedio las tienen. Así que puedes graficar la velocidad contra la distancia desde los centros de estrellas conocidas y obtener lo que se conoce como la curva de rotación. Las mediciones de esta curva en la Vía Láctea y otras galaxias fueron la primera evidencia de que las galaxias tienen mucha más masa de la que pueden explicar las estrellas visibles, lo que llevó a la idea de la materia oscura.
Un problema con el método de la curva de rotación es que solo podemos medir estrellas hasta una cierta distancia. Ahora sabemos que la mayor parte de la masa de nuestra galaxia no está concentrada en el centro, sino que se extiende hacia afuera en el halo galáctico. Podemos estimar la masa del halo a partir de la curva de rotación, pero también podemos observar el movimiento de los cúmulos globulares.
Los cúmulos globulares son cúmulos de estrellas brillantes y densos. Debido a que las estrellas en un cúmulo globular están unidas gravitacionalmente, los cúmulos se mueven a través de la galaxia como un solo objeto. Están en la esfera que rodea a la Vía Láctea, por lo que medir su movimiento nos ayuda a medir la masa del halo galáctico.
Diferentes métodos de masaje de la Vía Láctea. Fuente: Bobylev y Bajkova
Para medir la región exterior del halo galáctico, podemos observar el movimiento de las galaxias satélite, como las Nubes de Magallanes. Hay alrededor de 60 galaxias pequeñas dentro de aproximadamente 1,4 millones de años luz de la Vía Láctea. No todos están en órbita alrededor de nuestra galaxia, pero muchos sí. Debido a que se encuentran fuera de nuestro halo galáctico, sus movimientos orbitales están determinados por la masa total de nuestra galaxia. El único inconveniente de este enfoque es que con solo unas pocas docenas de galaxias en órbita, el resultado no es particularmente preciso.
Todos estos enfoques calculan la masa de la Vía Láctea a partir de su movimiento orbital. Hay varios métodos que no se basan en el movimiento orbital. Una es observar las columnas de marea de las galaxias enanas. En la historia de nuestra galaxia, ha habido varios cúmulos globulares y galaxias enanas que se han desviado demasiado cerca del centro de la Vía Láctea y han sido destrozadas por las fuerzas de las mareas. Los remanentes de estas galaxias forman una corriente de estrellas como la corriente de Sagitario. Calculando el movimiento de estos chorros, podemos estimar la masa de la galaxia.
Otro enfoque es mirar las estrellas que salen de nuestra galaxia. Ocasionalmente, una estrella tendrá un encuentro cercano con otra estrella y ganará suficiente velocidad para escapar de nuestra galaxia. Dado que la velocidad de escape depende de la masa de la galaxia, la medida estadística de las estrellas de escape da la masa de la galaxia.
Finalmente, podemos mirar el grupo local de galaxias. Esto incluye la galaxia de Andrómeda y sus galaxias satélite. Nuestro grupo local está aislado gravitacionalmente de los cúmulos de galaxias más distantes, por lo que mirar el estado de equilibrio del grupo local nos da una idea de su masa total y la de la Vía Láctea.
Cada uno de estos enfoques tiene sus ventajas y niveles de precisión. Ninguno de ellos es la voz final en sí mismo. En este último trabajo, el equipo tomó un promedio estadístico de varios métodos y derivó lo que podríamos llamar el mejor valor para la masa de nuestra galaxia. El valor que determinaron fue un billón de masas solares, más varios cientos de miles de millones de masas solares.