Densidad observada de estrellas en el halo de la Vía Láctea
Densidad observada de estrellas en el halo de la Vía Láctea (Crédito: NASA/ESA/JPL-Caltech/Conroy et. al. 2021).

Un grupo de astrónomos, que utiliza datos de la NASA y los telescopios de la ESA (Agencia Espacial Europea) ha publicado un nuevo mapa de todo el cielo de la región más externa de nuestra galaxia. Conocida como el halo galáctico, esta área se encuentra fuera de los brazos espirales que forman el disco central reconocible de la Vía Láctea y está escasamente poblada de estrellas. Aunque el halo puede parecer mayormente vacío, también se predice que contiene un depósito masivo de materia oscura, una sustancia misteriosa e invisible que se cree que constituye la mayor parte de toda la masa del universo.

Los datos para el nuevo mapa provienen de la misión Gaia de la ESA y Near Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer de la NASA, o NEOWISE, que operó de 2009 a 2013 bajo el nombre de WISE. El estudio, dirigido por astrónomos del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y publicado hoy en Nature, hace uso de los datos recopilados por la nave espacial entre 2009 y 2018.

El nuevo mapa revela 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, con su gravedad creando una estela en las estrellas detrás de él. LMC se encuentra a unos 160.000 años luz de la Tierra y tiene menos de una cuarta parte de la masa de la Vía Láctea. Aunque las porciones internas del halo se han cartografiado con un alto nivel de precisión, este es el primer mapa que proporciona una imagen similar de las regiones exteriores del halo, donde se encuentra la estela, entre 200.000 años luz y 325.000 años luz de la galaxia. Estudios anteriores han insinuado la existencia de la estela, pero el mapa de todo el cielo confirma su presencia y ofrece una vista detallada de su forma, tamaño y ubicación.

¡La estela en nuestro mapa es una clara confirmación de que nuestra imagen básica de cómo se fusionan las galaxias es acertada!

Esta perturbación en el halo también brinda 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 la influencia gravitacional de la materia oscura en todo el universo. Se piensa que crea un andamio sobre el que se construyen las galaxias, de modo que sin él, estas se separarían mientras giran. 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 múltiples teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, todas ellas indican que debería estar presente en el halo de la Vía Láctea. Si ese es el caso, cuando el LMC navegue por esta región, también debería dejar una estela en la materia oscura. Se cree que la estela observada en el nuevo mapa estelar es el contorno de esta estela 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 LMC orbita la Vía Láctea, la gravedad de la materia oscura arrastra la LMC y la ralentiza. Esto hará que la órbita de la galaxia enana se haga 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 podría ser un factor clave en 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 10.000 millones de años.

Este robo de la energía de una galaxia más pequeña no sólo es la razón por la que LMC se está fusionando con la Vía Láctea, sino también por qué ocurren todas las fusiones de galaxias“, comenta Rohan Naidu, estudiante graduado en astronomía en la Universidad de Harvard y coautor del nuevo artículo. “¡La estela en nuestro mapa es una clara confirmación de que nuestra imagen básica de cómo se fusionan las galaxias es acertada!

Una rara oportunidad de analizar las propiedades de la materia oscura

Los autores del artículo también piensan que el nuevo mapa, junto con datos adicionales y análisis teóricos, puede proporcionar una prueba para diferentes teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, como si consta de partículas, como la materia regular, y cuáles son las propiedades de la materia oscura.

Puedes imaginar que la estela detrás de un barco será diferente si el barco navega por el agua o por la miel“, indica 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 estela están determinadas por la teoría de la materia oscura que aplicamos“.

Conroy lideró el equipo que trazó las posiciones de más de 1.300 estrellas en el halo. El desafío surgió al tratar de medir la distancia exacta de la Tierra a una gran parte de esas 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 proporciona la ubicación de 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 probablemente ubicadas en el halo (porque obviamente no estaban dentro de nuestra galaxia o en LMC), el equipo buscó estrellas que pertenezcan a una clase de estrellas gigantes que tengan una “firma” de luz específica detectable por NEOWISE. Conocer las propiedades básicas de las estrellas seleccionadas permitió al equipo calcular su distancia a la Tierra y crear el nuevo mapa. Traza una región que comienza a unos 200.000 años luz del centro de la Vía Láctea, o aproximadamente donde se predijo que comenzaría la estela de la LMC, y se extiende unos 125.000 años luz más allá.

Conroy y sus compañeros se inspiraron para buscar la estela de la Gran Nube de Magallanes después de conocer a un equipo de astrofísicos de la Universidad de Arizona en Tucson que hacen modelos informáticos que predicen cómo debería ser la materia oscura en el halo galáctico. Los dos grupos trabajaron juntos en el nuevo estudio. Uno de los modelos del equipo de Arizona, que se encuentra en el nuevo estudio, predijo la estructura general y la ubicación específica de la estela estelar revelada en el nuevo mapa. Una vez que los datos confirmaron que el modelo era correcto, el equipo pudo confirmar lo que otras investigaciones también han insinuado: que es probable que LMC esté en su primera órbita alrededor de la Vía Láctea. Si la galaxia más pequeña ya hubiera realizado múltiples órbitas, la forma y ubicación de la estela serían significativamente diferentes de lo que se ha observado. Los astrónomos creen que LMC se formó 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 13.000 millones de años). Su próxima órbita será mucho más corta debido a su interacción con la Vía Láctea.

Confirmar nuestra predicción teórica con datos de observación nos dice que nuestra comprensión de la interacción entre estas dos galaxias, incluida la materia oscura, está en el camino correcto“, comenta el estudiante de doctorado en astronomía de la Universidad de Arizona Nicolás Garavito-Camargo, quien dirigió el trabajo en el modelo utilizado en el documento.

El nuevo mapa también brinda a los astrónomos una rara oportunidad de probar las propiedades de la materia oscura en nuestra propia galaxia. En el nuevo estudio, Garavito-Camargo y sus colegas utilizaron una teoría popular de materia oscura llamada materia oscura fría que se ajusta relativamente bien al mapa estelar observado. Ahora, el equipo de la Universidad de Arizona está ejecutando simulaciones que utilizan diferentes teorías de la materia oscura, para ver cuál coincide mejor con la estela observada en las estrellas.

Es un conjunto de circunstancias realmente especial que se unió para crear este escenario que nos permite probar nuestras teorías de la materia oscura“, concluye Gurtina Besla, coautora del estudio y profesora asociada de la Universidad de Arizona. “Pero sólo podemos realizar esa prueba con la combinación de este nuevo mapa y las simulaciones de materia oscura que construimos“.

Fuente: Nature.

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Cofundador de Fantasymundo, director de las secciones de Libros, Ciencia y Cine/TV. Lector incansable de ficción y ensayo, escribo con afán divulgador sobre temáticas relacionadas con el entretenimiento y la cultura cercanas a mis intereses.

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