¿Qué tan masiva es la Vía Láctea?
Por Brian Koberlein, Universe Today.
02 de junio de 2023.
Representación artística de la galaxia de la Vía Láctea. Crédito: Andrew Z. Colvin.
¿Cómo se pesa una galaxia? Es un desafío astronómico, especialmente si es la galaxia a la que llamas hogar. Resulta que hay varias formas de calcular la masa de la Vía Láctea, y un estudio reciente publicado en el servidor de preimpresión arXiv resume estos métodos para presentar el mejor valor.
Un método consiste en observar el movimiento de las estrellas en la galaxia. La mayoría de las estrellas de la Vía Láctea siguen una trayectoria aproximadamente circular alrededor del centro galáctico. 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 su órbita, puedes usar la velocidad de una estrella y la distancia desde el centro para determinar la masa dentro de su órbita. No todas las estrellas tienen órbitas circulares, pero en promedio las tienen. De modo que puede trazar la velocidad frente a la distancia desde el centro de las 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 tenían mucha más masa de la que podían explicar las estrellas visibles, lo que llevó a la idea de la materia oscura.
Uno de los problemas con el método de la curva de rotación es que solo podemos medir estrellas a 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 un 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 densos y brillantes de estrellas. Dado que las estrellas dentro de un cúmulo globular están unidas gravitacionalmente, estos cúmulos se mueven alrededor de la galaxia como un solo objeto. Se encuentran en una esfera que rodea la Vía Láctea, por lo que medir su movimiento nos ayuda a medir la masa del halo galáctico.
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 todas ellas están en órbita alrededor de nuestra galaxia, pero muchas de ellas sí. Dado que se encuentran fuera de nuestro halo galáctico, sus movimientos orbitales están determinados por toda la masa 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 del movimiento orbital. Hay algunos métodos que no se basan en el movimiento orbital. Uno de ellos es observar las colas de marea de las galaxias enanas. En la historia de nuestra galaxia, hay algunos cúmulos globulares y galaxias enanas que se desviaron demasiado cerca de la región central de la Vía Láctea y fueron destrozadas por las fuerzas de las mareas. Los restos de estas galaxias forman una corriente de estrellas, como la corriente de Sagitario. Calculando el movimiento de estas corrientes podemos estimar la masa galáctica.
Otro enfoque es observar las estrellas que abandonan nuestra galaxia. Ocasionalmente, una estrella tendrá un accidente cercano con otra estrella y ganará suficiente velocidad para escapar de nuestra galaxia. Dado que la velocidad de escape depende de la masa galáctica, una medida estadística de las estrellas que escapan da una masa para la galaxia.
Finalmente, podemos mirar el grupo local de galaxias. Esto incluye la galaxia de Andrómeda y sus galaxias satélite. Nuestro grupo local está gravitacionalmente aislado 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 masa de la Vía Láctea.
Cada uno de estos enfoques tiene sus propias ventajas y niveles de precisión. Ninguno de ellos tiene la última palabra por sí solo. 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 o menos unos cientos de miles de millones de masas solares.
Fuente:
https://phys.org/news/2023-06-massive-milky.html