La galaxia de la Vía Láctea. Crédito de la imagen: Serge Brunier. Click para agrandar
La más prominente de las galaxias satélite de la Vía Láctea, un par de galaxias llamadas Nubes de Magallanes, parece estar interactuando con la materia oscura fantasmal de la Vía Láctea para crear una misteriosa urdimbre en el disco galáctico que ha intrigado a los astrónomos durante medio siglo.
La urdimbre, vista más claramente en el delgado disco de gas de hidrógeno que impregna la galaxia, se extiende a lo largo de todo el diámetro de 200,000 años luz de la Vía Láctea, con el sol y la tierra sentados en algún lugar cerca del pliegue. Leo Blitz, profesor de astronomía en la Universidad de California, Berkeley, y sus colegas, Evan Levine y Carl Heiles, han trazado esta urdimbre y la han analizado en detalle por primera vez, basándose en un nuevo mapa galáctico de hidrógeno gaseoso (HI) emisiones
Descubrieron que la capa de gas atómico está vibrando como un tambor, y que la vibración consiste casi por completo en tres notas o modos.
Los astrónomos previamente descartaron las Nubes de Magallanes, compuestas por las Nubes de Magallanes Grandes y Pequeñas, como una causa probable de la distorsión galáctica porque las masas combinadas de las galaxias son solo el 2 por ciento de las del disco. Se pensaba que esta masa era demasiado pequeña para influir en un disco masivo equivalente a unos 200 mil millones de soles durante la órbita de la galaxia de 1.500 millones de años de las nubes.
Sin embargo, el teórico Martin D. Weinberg, profesor de astronomía en la Universidad de Massachusetts, Amherst, se asoció con Blitz para crear un modelo de computadora que tenga en cuenta la materia oscura de la Vía Láctea, que, aunque invisible, es 20 veces más masiva que toda la materia visible en la galaxia combinada. El movimiento de las nubes a través de la materia oscura crea una estela que mejora su influencia gravitacional en el disco. Cuando se incluye esta materia oscura, las Nubes de Magallanes, en su órbita alrededor de la Vía Láctea, reproducen muy de cerca el tipo de urdimbre observado en la galaxia.
"El modelo no solo produce esta deformación en la Vía Láctea, sino que durante el ciclo de rotación de las Nubes de Magallanes alrededor de la galaxia, parece que la Vía Láctea se agita en la brisa", dijo Blitz, director del Laboratorio de Radioastronomía de UC Berkeley.
"La gente ha estado tratando de ver qué crea esta urdimbre durante mucho tiempo", dijo Weinberg. "Nuestra simulación aún no es perfecta, pero tiene mucho del carácter de los datos reales".
Levine, un estudiante graduado, presentará los resultados del trabajo en Washington, D.C., el 9 de enero durante una sesión de 10 a.m. sobre la estructura galáctica en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana. Blitz resumirá el trabajo más tarde ese día durante las 12:30 p.m. rueda de prensa en la sala Wilson C del Marriott Wardman Park Hotel.
La interacción de las Nubes de Magallanes con la materia oscura en la galaxia para producir una deformación enigmática en la capa de gas hidrógeno es una reminiscencia de la paradoja que condujo al descubrimiento de la materia oscura hace unos 35 años. A medida que los astrónomos construyeron telescopios cada vez mejores para medir las velocidades de las estrellas y el gas en las regiones exteriores de nuestra galaxia, descubrieron que estas estrellas se mueven mucho más rápido de lo que se esperaría del número observado y la masa de estrellas en toda la Vía Láctea. Solo invocando una noción herética en ese momento, de que el 80 por ciento de la masa de la galaxia era demasiado oscura para ver, los astrónomos pudieron reconciliar las velocidades con las teorías conocidas de la física.
Aunque nadie conoce la verdadera identidad de esta materia oscura (el consenso actual es que es una materia exótica en lugar de estrellas normales demasiado oscuras para ver), los astrónomos ahora la tienen en cuenta en sus simulaciones de dinámica cósmica, ya sea para explicar el efecto de la lente. Las galaxias y los cúmulos de galaxias tienen la luz de las galaxias de fondo, o para describir la evolución de los cúmulos de galaxias en el universo primitivo.
Sin embargo, algunos físicos han presentado una teoría alternativa de la gravedad llamada Dinámica Newtoniana Modificada, o MOND, que busca explicar estas observaciones sin recurrir a la creencia en una gran cantidad de masa no detectada en el universo, como un elefante invisible en la habitación. Aunque MOND puede explicar algunas cosas, Weinberg cree que la teoría tendrá dificultades para explicar la deformación de la Vía Láctea.
"Sin un halo de materia oscura, lo único que puede sentir el disco de gas es la gravedad directa de las propias Nubes de Magallanes, que se demostró en la década de 1970 que no funciona", dijo. "Se ve mal para MOND, en este caso".
Debido a que muchas galaxias tienen discos deformados, dinámicas similares también podrían explicarlos. De cualquier manera, los investigadores dicen que su trabajo sugiere que las deformaciones proporcionan una forma de verificar la existencia de la materia oscura.
El punto de partida para esta investigación fueron los nuevos datos espectrales publicados el verano pasado sobre las emisiones de hidrógeno de 21 centímetros en la Vía Láctea. La encuesta, Leiden-Argentina-Bonn o LAB Survey of Galactic HI, fusionó una encuesta del cielo del norte realizada por astrónomos en los Países Bajos (Leiden / Dwingeloo Survey) con una encuesta del cielo del sur del Instituto Argentino de Radioastronom? A. Los datos fueron corregidos por científicos del Instituto de Radioastronomía de la Universidad de Bonn, Alemania.
Blitz, Levine y Heiles, profesor de astronomía de UC Berkeley, tomaron estos datos y produjeron un nuevo mapa detallado del hidrógeno atómico neutro en la galaxia. Este hidrógeno, distribuido en un plano con dimensiones como las de un disco compacto, finalmente se condensa en nubes moleculares que se convierten en viveros estelares.
Con el mapa en la mano, pudieron describir matemáticamente la urdimbre como una combinación de tres tipos diferentes de vibración: un aleteo del borde del disco hacia arriba y hacia abajo, una vibración sinusoidal como la que se ve en un parche y una oscilación en forma de silla de montar. Estas tres "notas" están a unos 3 millones de octavas por debajo del centro C.
"Encontramos algo muy sorprendente, que podríamos describir la urdimbre por tres modos de vibración, o tres notas, y solo tres", dijo Blitz, señalando que esta descripción matemática bastante simple de la urdimbre había escapado al aviso de los astrónomos desde la urdimbre. descubrimiento en 1957.
"En realidad, estábamos tratando de analizar una estructura de" festoneado "más compleja del disco, y esta estructura vibratoria simple y elegante simplemente apareció", agregó Levine.
La deformación actual en el disco de gas es una combinación de estos tres modos de vibración, dejando la mitad del disco galáctico sobresaliendo por encima del plano de estrellas y gas, mientras que la otra mitad se sumerge debajo del disco antes de elevarse nuevamente más lejos del centro de la galaxia Los resultados de este análisis se publicarán en un próximo número de Astrophysical Journal.
Weinberg pensó que podía explicar la deformación observada dinámicamente, y usó computadoras para calcular el efecto de las Nubes de Magallanes que orbitan la Vía Láctea, atravesando el halo de materia oscura que se extiende hasta la órbita de las nubes.
Lo que él y Blitz descubrieron es que las nubes que se despiertan a través de la materia oscura excitan una vibración o resonancia en el centro del halo de materia oscura, lo que a su vez hace que el disco incrustado en el halo oscile fuertemente en tres modos distintos. El movimiento combinado durante una órbita de 1.500 millones de años de las Nubes de Magallanes recuerda los bordes de un mantel que se agita en el viento, ya que el centro del disco está inmovilizado.
"A menudo pensamos que la urdimbre es estática, pero esta simulación muestra que es muy dinámica", dijo Blitz.
Blitz, Levine y Heiles continúan su búsqueda de anomalías en la estructura del disco de la Vía Láctea. Weinberg espera utilizar los datos y análisis del grupo UC Berkeley para determinar la forma del halo de materia oscura de la Vía Láctea.
La investigación del grupo UC Berkeley es apoyada por la National Science Foundation. Weinberg cuenta con el apoyo parcial de la NASA y la NSF.
Fuente original: Comunicado de prensa de UC Berkeley
