VÍNCULO ENTRE LOS HALOS DE MATERIA OSCURA Y LA FORMACIÓN DE GALAXIAS
Así como el sol tiene planetas y los planetas tienen lunas, nuestra galaxia tiene galaxias satélite, y algunas de ellas podrían tener galaxias satélite más pequeñas.
Así como el sol tiene planetas y los planetas tienen lunas, nuestra galaxia tiene galaxias satélite, y algunas de ellas podrían tener galaxias satélite más pequeñas. A saber, se cree que la Gran Nube de Magallanes (LMC), una galaxia satélite relativamente grande visible desde el hemisferio sur, trajo al menos seis de sus propias galaxias satélite cuando se acercó por primera vez a la Vía Láctea, basándose en mediciones recientes de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea.
Los astrofísicos creen que la materia oscura es responsable de gran parte de esa estructura, y ahora los investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC del Departamento de Energía y la Encuesta de Energía Oscura han recurrido a las observaciones de galaxias débiles alrededor de la Vía Láctea para establecer restricciones más estrictas en la conexión entre tamaño y estructura de las galaxias y los halos de materia oscura que los rodean. Al mismo tiempo, han encontrado más evidencia de la existencia de galaxias satélite LMC e hicieron una nueva predicción: si los modelos de los científicos son correctos, la Vía Láctea debería tener 150 o más galaxias satélite muy débiles en espera de ser descubiertas para el próximo … proyectos de generación, como el Legacy Survey of Space and Time del Observatorio Vera C. Rubin.
El nuevo estudio, que se publicará en el Astrophysical Journal y está disponible como preimpresión aquí, es parte de un esfuerzo mayor para comprender cómo funciona la materia oscura en escalas más pequeñas que nuestra galaxia, dijo Ethan Nadler, primer autor del estudio y estudiante graduado en Kavli. Instituto de Astrofísica de Partículas y Cosmología (KIPAC) y la Universidad de Stanford.
“Sabemos muy bien algunas cosas sobre la materia oscura: cuánta materia oscura hay, cómo se agrupa, pero todas estas afirmaciones se califican diciendo que sí, así es como se comporta en escalas más grandes que el tamaño de nuestro grupo local de galaxias “, dijo Nadler. “Y entonces la pregunta es, ¿funciona eso en las escalas más pequeñas que podemos medir?”
Los astrónomos saben desde hace mucho tiempo que la Vía Láctea tiene galaxias satelitales, incluida la Gran Nube de Magallanes, que se puede ver a simple vista desde el hemisferio sur, pero se pensó que el número era de alrededor de una docena más o menos hasta alrededor del año 2000. Desde entonces, el número de galaxias satelitales observadas ha aumentado dramáticamente. Gracias al Sloan Digital Sky Survey y los descubrimientos más recientes de proyectos que incluyen el Dark Energy Survey (DES), el número de galaxias satelitales conocidas ha aumentado a aproximadamente 60.
Tales descubrimientos son siempre emocionantes, pero lo que quizás sea más emocionante es lo que los datos podrían decirnos sobre el cosmos. “Por primera vez, podemos buscar estas galaxias satelitales en aproximadamente tres cuartos del cielo, y eso es realmente importante para varias formas diferentes de aprender sobre la materia oscura y la formación de galaxias”, dijo Risa Wechsler, directora de KIPAC. El año pasado, por ejemplo, Wechsler, Nadler y sus colegas utilizaron datos sobre galaxias satelitales junto con simulaciones por computadora para establecer límites mucho más estrictos en las interacciones de la materia oscura con la materia ordinaria.
Ahora, Wechsler, Nadler y el equipo de DES están utilizando datos de una búsqueda exhaustiva en la mayor parte del cielo para hacer diferentes preguntas, incluida la cantidad de materia oscura que se necesita para formar una galaxia, cuántas galaxias satelitales deberíamos encontrar alrededor de la Lechosa. Manera y si las galaxias pueden poner sus propios satélites en órbita alrededor de la nuestra, una predicción clave del modelo más popular de materia oscura.
La posibilidad de detectar una jerarquía de galaxias satelitales surgió por primera vez hace algunos años cuando DES detectó más galaxias satelitales en las cercanías de la Gran Nube de Magallanes de lo que hubieran esperado si esos satélites se distribuyeran al azar en todo el cielo. Esas observaciones son particularmente interesantes, dijo Nadler, a la luz de las mediciones de Gaia, que indicaron que seis de estas galaxias satélite cayeron en la Vía Láctea con el LMC.
Para estudiar los satélites del LMC más a fondo, Nadler y su equipo analizaron simulaciones por computadora de millones de universos posibles. Esas simulaciones, ejecutadas originalmente por Yao-Yuan Mao, un ex alumno graduado de Wechsler que ahora está en la Universidad de Rutgers, modelan la formación de una estructura de materia oscura que impregna la Vía Láctea, incluidos detalles como pequeños grupos de materia oscura dentro de la Vía Láctea que se espera que alberguen galaxias satelitales. Para conectar la materia oscura con la formación de galaxias, los investigadores utilizaron un modelo flexible que les permite tener en cuenta las incertidumbres en la comprensión actual de la formación de galaxias, incluida la relación entre el brillo de las galaxias y la masa de grupos de materia oscura dentro de los cuales se forman.
Un esfuerzo dirigido por los demás miembros del equipo de DES, incluidos los ex alumnos de KIPAC Alex Drlica-Wagner, becario Wilson en Fermilab y profesor asistente de astronomía y astrofísica en la Universidad de Chicago, y Keith Bechtol, profesor asistente de física en el University of Wisconsin-Madison, y sus colaboradores produjeron el paso final crucial: un modelo de las galaxias satelitales con mayor probabilidad de ser vistas por los estudios actuales, dado su ubicación en el cielo, así como su brillo, tamaño y distancia.
Con esos componentes en la mano, el equipo ejecutó su modelo con una amplia gama de parámetros y buscó simulaciones en las que los objetos similares a LMC cayeron en el tirón gravitacional de una galaxia similar a la Vía Láctea. Al comparar esos casos con las observaciones galácticas, podrían inferir una gama de parámetros astrofísicos, incluida la cantidad de galaxias satelitales que deberían haberse etiquetado junto con el LMC. Los resultados, dijo Nadler, fueron consistentes con las observaciones de Gaia: actualmente se deberían detectar seis galaxias satelitales en las proximidades de la LMC, moviéndose con aproximadamente las velocidades correctas y aproximadamente en los mismos lugares que los astrónomos habían observado previamente. Las simulaciones también sugirieron que el LMC se acercó por primera vez a la Vía Láctea hace unos 2.200 millones de años, en consonancia con las mediciones de alta precisión del movimiento del LMC desde el telescopio espacial Hubble.
Además de los hallazgos de LMC, el equipo también puso límites a la conexión entre los halos de materia oscura y la estructura de la galaxia. Por ejemplo, en las simulaciones que más se asemejan a la historia de la Vía Láctea y la LMC, las galaxias más pequeñas que los astrónomos podrían observar actualmente deberían tener estrellas con una masa combinada de alrededor de cien soles y alrededor de un millón de veces más materia oscura. Según una extrapolación del modelo, las galaxias más débiles que podrían observarse podrían formarse en halos hasta cien veces menos masivas que eso.
Y podría haber más descubrimientos por venir: si las simulaciones son correctas, dijo Nadler, hay alrededor de 100 galaxias satélites más, más del doble del número ya descubierto, rondando la Vía Láctea. El descubrimiento de esas galaxias ayudaría a confirmar el modelo de los investigadores de los vínculos entre la materia oscura y la formación de galaxias, dijo, y probablemente impondría restricciones más estrictas sobre la naturaleza de la materia oscura.
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