Las estrellas viajan más lentamente en el borde de la Vía Láctea
El núcleo de la galaxia puede contener menos materia oscura de lo estimado anteriormente.
Por Jennifer Chu, Instituto de Tecnología de Massachusetts.
26 de enero de 2024
Mapa galactocéntrico del plano XY de las 33 335 estrellas utilizadas para calcular velocidades circulares, trazado en contenedores de 0,5 kpc. Los vectores representan la velocidad media de las estrellas dentro de cada contenedor, codificadas por colores según el número de estrellas en cada contenedor. Crédito: Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae034.
Al medir la velocidad de las estrellas en toda la Vía Láctea, los físicos del MIT han descubierto que las estrellas más alejadas del disco galáctico viajan más lentamente de lo esperado en comparación con las estrellas que están más cerca del centro de la galaxia. Los hallazgos plantean una posibilidad sorprendente: el núcleo gravitacional de la Vía Láctea puede tener una masa más ligera y contener menos materia oscura de lo que se pensaba anteriormente.
Los nuevos resultados se basan en el análisis del equipo de los datos tomados por los instrumentos Gaia y APOGEE. Gaia es un telescopio espacial en órbita que rastrea la ubicación, la distancia y el movimiento preciso de más de mil millones de estrellas en toda la Vía Láctea, mientras que APOGEE es un estudio terrestre.
Los físicos analizaron las mediciones de Gaia de más de 33.000 estrellas, incluidas algunas de las estrellas más lejanas de la galaxia, y determinaron la "velocidad circular" de cada estrella, o qué tan rápido gira una estrella en el disco galáctico, dada la distancia de la estrella al centro de la galaxia.
Los científicos trazaron la velocidad de cada estrella frente a su distancia para generar una curva de rotación, un gráfico estándar en astronomía que representa qué tan rápido gira la materia a una distancia determinada del centro de una galaxia. La forma de esta curva puede dar a los científicos una idea de cuánta materia visible y oscura se distribuye en una galaxia.
"Lo que realmente nos sorprendió ver fue que esta curva permaneció plana hasta cierta distancia, y luego comenzó a hundirse", dice Lina Necib, profesora asistente de física en el MIT. "Esto significa que las estrellas exteriores están girando un poco más lento de lo esperado, lo cual es un resultado muy sorprendente".
El equipo tradujo la nueva curva de rotación en una distribución de materia oscura que podría explicar la desaceleración de las estrellas exteriores, y descubrió que el mapa resultante producía un núcleo galáctico más ligero de lo esperado. Es decir, el centro de la Vía Láctea puede ser menos denso y con menos materia oscura de lo que los científicos pensaban.
"Esto pone este resultado en tensión con otras mediciones", dice Necib. "Hay algo sospechoso sucediendo en alguna parte, y es realmente emocionante descubrir dónde está, para tener realmente una imagen coherente de la Vía Láctea".
El equipo informa sus resultados en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Los coautores del estudio del MIT, incluido Necib, son el primer autor Xiaowei Ou, Anna-Christina Eilers y Anna Frebel.
En la nada.
Como la mayoría de las galaxias del Universo, la Vía Láctea gira como agua en un remolino, y su rotación está impulsada, en parte, por toda la materia que se arremolina dentro de su disco. En la década de 1970, la astrónoma Vera Rubin fue la primera en observar que las galaxias giran de maneras que no pueden ser impulsadas únicamente por la materia visible.
Ella y sus colegas midieron la velocidad circular de las estrellas y descubrieron que las curvas de rotación resultantes eran sorprendentemente planas. Es decir, la velocidad de las estrellas permaneció igual en toda la galaxia, en lugar de disminuir con la distancia. Llegaron a la conclusión de que algún otro tipo de materia invisible debía estar actuando sobre las estrellas distantes para darles un empujón adicional.
El trabajo de Rubin en las curvas de rotación fue una de las primeras pruebas sólidas de la existencia de materia oscura, una entidad invisible y desconocida que se estima pesa más que todas las estrellas y otra materia visible en el Universo.
Desde entonces, los astrónomos han observado curvas planas similares en galaxias lejanas, lo que respalda aún más la presencia de materia oscura. Sólo recientemente los astrónomos han intentado trazar la curva de rotación en nuestra propia galaxia con estrellas.
"Resulta que es más difícil medir una curva de rotación cuando estás dentro de una galaxia", señala Ou.
En 2019, Anna-Christina Eilers, profesora asistente de física en el MIT, trabajó para trazar la curva de rotación de la Vía Láctea, utilizando un lote anterior de datos publicados por el satélite Gaia. Esa publicación de datos incluyó estrellas a una distancia de hasta 25 kiloparsecs, o unos 81.000 años luz, del centro de la galaxia.
Basándose en estos datos, Eilers observó que la curva de rotación de la Vía Láctea parecía ser plana, aunque con un ligero descenso, similar a la de otras galaxias lejanas, y por inferencia, la galaxia probablemente tenía una alta densidad de materia oscura en su núcleo. Pero esta visión ahora cambió, cuando el telescopio publicó un nuevo lote de datos, esta vez incluyendo estrellas a una distancia de hasta 30 kiloparsecs, a casi 100.000 años luz del núcleo de la galaxia.
"A estas distancias, estamos justo en el borde de la galaxia donde las estrellas comienzan a desaparecer", dice Frebel. "Nadie había explorado cómo se mueve la materia en esta galaxia exterior, donde realmente estamos en la nada".
Tensión extraña.
Frebel, Necib, Ou y Eilers aprovecharon los nuevos datos de Gaia, buscando ampliar la curva de rotación inicial de Eilers. Para refinar su análisis, el equipo complementó los datos de Gaia con mediciones de APOGEE, el Experimento de Evolución Galáctica del Observatorio Apache Point, que mide propiedades extremadamente detalladas de más de 700.000 estrellas de la Vía Láctea, como su brillo, temperatura y composición elemental.
"Introducimos toda esta información en un algoritmo para intentar aprender conexiones que luego puedan darnos mejores estimaciones de la distancia de una estrella", explica Ou. "Así es como podemos avanzar a distancias más lejanas".
El equipo estableció las distancias precisas para más de 33.000 estrellas y utilizó estas mediciones para generar un mapa tridimensional de las estrellas dispersas por la Vía Láctea en aproximadamente 30 kiloparsecs. Luego incorporaron este mapa en un modelo de velocidad circular, para simular qué tan rápido debe viajar cualquier estrella, dada la distribución de todas las demás estrellas de la galaxia. Luego trazaron la velocidad y distancia de cada estrella en un gráfico para producir una curva de rotación actualizada de la Vía Láctea.
"Ahí es donde entró la rareza", dice Necib.
En lugar de ver una leve disminución como las curvas de rotación anteriores, el equipo observó que la nueva curva descendía más fuertemente de lo esperado en el extremo exterior. Esta inesperada desaceleración sugiere que, si bien las estrellas pueden viajar con la misma velocidad hasta una cierta distancia, de repente se desaceleran en las distancias más lejanas. Las estrellas en las afueras parecen viajar más lentamente de lo esperado.
Cuando el equipo tradujo esta curva de rotación a la cantidad de materia oscura que debe existir en toda la galaxia, descubrieron que el núcleo de la Vía Láctea puede contener menos materia oscura de lo estimado anteriormente.
"Este resultado contrasta con otras mediciones", dice Necib. "Comprender realmente este resultado tendrá profundas repercusiones. Esto podría conducir a más masas ocultas justo más allá del borde del disco galáctico, o a una reconsideración del estado de equilibrio de nuestra galaxia. Buscamos encontrar estas respuestas en próximos trabajos, utilizando alta simulaciones de resolución de galaxias similares a la Vía Láctea".
Fuente:
https://phys.org/news/2024-01-stars-slowly-milky-edge-galaxy.html