Mapa de materia oscura de la región de estudio KiDS (región G12)
Mapa de materia oscura de la región de estudio KiDS (región G12). Crédito: KiDS Survey.

La Vía Láctea está rodeada por docenas de galaxias enanas que se cree que son reliquias de las primeras galaxias del universo. Entre los fósiles galácticos más primitivos se encuentra Tucana II, una galaxia enana ultra tenue que se encuentra a unos 50 kilopársecs, o 163.000 años luz, de la Tierra. Ahora, los astrofísicos del MIT han detectado estrellas en el borde de Tucana II, en una configuración que está sorprendentemente lejos de su centro, pero sin embargo atrapada en la atracción gravitacional de la pequeña galaxia. Esta es la primera evidencia de que Tucana II alberga un halo de materia oscura extendido, una región de materia ligada gravitacionalmente que los investigadores calcularon que es de tres a cinco veces más masiva de lo que los científicos habían estimado. Este descubrimiento de estrellas lejanas en una antigua galaxia enana implica que las primeras galaxias del universo probablemente también fueron más extensas y más masivas de lo que se pensaba.

Tucana II tiene mucha más masa de lo que pensábamos, necesaria para unir estas estrellas que están tan lejos“, comenta el estudiante graduado del MIT Anirudh Chiti. “Esto significa que otras galaxias de primeras reliquias probablemente también tengan este tipo de halos extendidos“.

Los investigadores también determinaron que las estrellas en las afueras de Tucana II son más primitivas que las estrellas en el núcleo de la galaxia. Esta es la primera evidencia de tal desequilibrio estelar en una galaxia enana ultradelgada. La configuración única sugiere que la galaxia antigua puede haber sido el producto de una de las primeras fusiones en el universo, entre dos galaxias infantiles, una ligeramente menos primitiva que la otra.

Es posible que estemos viendo la primera señal de canibalismo galáctico“, especula Anna Frebel, profesora asociada de física de Silverman Family Career Development en el MIT. “Una galaxia puede haberse comido a una de sus vecinas más primitivas y un poco más pequeñas, que luego derramó todas sus estrellas por las afueras“.

Frebel, Chiti y sus compañeros de estudio han publicado sus resultados hoy en Nature Astronomy.

La presencia de materia oscura señala que estas galaxias no son tan débiles como se pensaba

Tucana II es una de las galaxias enanas más primitivas conocidas, según el contenido metálico de sus estrellas. Las estrellas con bajo contenido de metales probablemente se formaron muy temprano, cuando el universo aún no producía elementos pesados. En el caso de Tucana II, los astrónomos habían identificado previamente un puñado de estrellas alrededor del núcleo de la galaxia con un contenido de metales tan bajo que la galaxia se consideró la más primitiva químicamente de las galaxias enanas ultra débiles conocidas.

Chiti y Frebel se preguntaron si la galaxia antigua podría albergar otras estrellas, incluso más antiguas, que podrían arrojar luz sobre la formación de las primeras galaxias del universo. Para probar esta idea, obtuvieron observaciones de Tucana II a través del SkyMapper Telescope, un telescopio óptico terrestre en Australia que tiene amplias vistas del cielo del sur.

El equipo utilizó un filtro de imágenes en el telescopio para detectar estrellas primitivas pobres en metales más allá del núcleo de la galaxia. El equipo ejecutó un algoritmo, desarrollado por Chiti, a través de los datos filtrados para seleccionar de manera eficiente estrellas con bajo contenido de metales, incluidas las estrellas previamente identificadas en el centro y nueve estrellas nuevas mucho más alejadas del núcleo galáctico.

El análisis de Ani muestra una conexión cinemática, que estas estrellas lejanas se mueven al mismo ritmo que las estrellas internas, como el agua de un baño que se va por el desagüe“, añade Frebel.

Los resultados sugieren que Tucana II debe tener un halo de materia oscura extendido que es de tres a cinco veces más masivo de lo que se pensaba anteriormente, para poder mantener un control gravitacional en estas estrellas lejanas. La materia oscura es un tipo hipotético de materia que se cree que constituye más del 85% del universo. Se cree que cada galaxia se mantiene unida por una concentración local, o halo, de materia oscura.

Sin materia oscura, las galaxias simplemente se desintegrarían“, comenta Chiti. “[La materia oscura] es un ingrediente crucial para formar una galaxia y mantenerla unida“.

Los resultados del equipo son la primera evidencia de que una galaxia enana ultradelgada puede albergar un halo de materia oscura extendido.

Esto probablemente también significa que las primeras galaxias se formaron en halos de materia oscura mucho más grandes de lo que se pensaba“, comenta Frebel. “Hemos pensado que las primeras galaxias eran las galaxias más pequeñas y débiles. Pero en realidad pueden haber sido varias veces más grandes de lo que pensábamos, y no tan pequeñas después de todo“.

“Una historia caníbal” entre galaxias

Chiti y Frebel analizaron sus resultados iniciales con observaciones de Tucana II tomadas por los Telescopios de Magallanes en Chile. Con Magellan, el equipo se centró en las estrellas pobres en metales de la galaxia para derivar sus metalicidades relativas, y descubrió que las estrellas exteriores eran tres veces más pobres en metales y, por lo tanto, más primitivas que las del centro.

Esta es la primera vez que vemos algo que parece una diferencia química entre las estrellas internas y externas en una galaxia antigua“, afirma Chiti.

Una explicación probable para el desequilibrio puede ser una fusión galáctica temprana, en la que una pequeña galaxia, posiblemente entre la primera generación de galaxias que se forma en el universo, se tragó otra galaxia cercana. Este canibalismo galáctico ocurre constantemente en todo el universo actual, pero no estaba claro si las primeras galaxias se fusionaron de manera similar.

Tucana II eventualmente será devorada por la Vía Láctea, sin piedad“, afirma Frebel. “Y resulta que esta antigua galaxia puede tener su propia historia caníbal“.

El equipo planea usar su enfoque para observar otras galaxias enanas ultra débiles alrededor de la Vía Láctea, con la esperanza de descubrir estrellas aún más antiguas y alejadas. “Es probable que haya muchos más sistemas, quizás todos, que tengan estas estrellas parpadeando en sus alrededores“, concluye Frebel.

Fuente: Nature Astronomy.

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