Las cualidades y el comportamiento de la materia oscura, el “pegamento” invisible del universo, siguen envueltos en un misterio. Aunque las galaxias están compuestas principalmente de materia oscura, comprender cómo se distribuye dentro de una galaxia ofrece pistas sobre qué es esta sustancia y cómo es relevante para la evolución de una galaxia.
Si bien las simulaciones por computadora sugieren que la materia oscura debería acumularse en el centro de una galaxia, llamado cúspide de densidad, muchas observaciones telescópicas previas han indicado que en cambio está más dispersa uniformemente por toda una galaxia. La razón de esta tensión entre el modelo y la observación sigue desconcertando a los astrónomos, reforzando el misterio de la materia oscura.
Un equipo de astrónomos se ha dirigido al Telescopio Espacial Hubble de la NASA para intentar aclarar este debate midiendo los movimientos dinámicos de las estrellas dentro de la galaxia enana Draco, un sistema ubicado aproximadamente a 250.000 años luz de la Tierra. Usando observaciones que abarcaron 18 años, lograron construir la comprensión tridimensional más precisa de los movimientos de las estrellas dentro de la diminuta galaxia. Esto requirió escrutar casi dos décadas de observaciones de archivo del Hubble de la galaxia Draco.
“Nuestros modelos tienden a estar más de acuerdo con una estructura similar a un cúspide, lo que se alinea con los modelos cosmológicos”, dijo Eduardo Vitral del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore y autor principal del estudio. “Si bien no podemos decir con seguridad que todas las galaxias contienen una distribución de materia oscura similar a un cúspide, es emocionante tener datos tan bien medidos que superen cualquier cosa que hayamos tenido antes”.
Trazando los Movimientos de las Estrellas
Para aprender sobre la materia oscura dentro de una galaxia, los científicos pueden observar sus estrellas y sus movimientos que están dominados por la atracción de la materia oscura. Un enfoque común para medir la velocidad de los objetos que se mueven en el espacio es mediante el efecto Doppler, un cambio observado en la longitud de onda de la luz si una estrella se acerca o se aleja de la Tierra. Aunque esta velocidad de línea de visión puede proporcionar información valiosa, solo se puede obtener tanta información de esta fuente de información unidimensional.
Además de acercarse o alejarse de nosotros, las estrellas también se mueven a través del cielo, medido como su movimiento propio. Al combinar la velocidad de línea de visión con los movimientos propios, el equipo creó un análisis sin precedentes de los movimientos 3D de las estrellas.
“Las mejoras en los datos y las mejoras en el modelado suelen ir de la mano”, explicó Roeland van der Marel de STScI, coautor del artículo que inició el estudio hace más de 10 años. “Si no tienes datos muy sofisticados o solo datos unidimensionales, entonces los modelos relativamente sencillos a menudo pueden ajustarse. Cuantos más datos y complejidad de dimensiones recopiles, más complejos deben ser tus modelos para capturar verdaderamente todas las sutilezas de los datos”.
Una Maratón Científica (No una Carrera de Velocidad)
Dado que se sabe que las galaxias enanas tienen una proporción más alta de contenido de materia oscura que otros tipos de galaxias, el equipo se centró en la galaxia enana Draco, que es un satélite relativamente pequeño y esferoidal cercano de la Vía Láctea.
“Cuando se miden los movimientos propios, se anota la posición de una estrella en una época y luego, muchos años después, se mide la posición de esa misma estrella. Se mide el desplazamiento para determinar cuánto se movió”, explicó Sangmo Tony Sohn de STScI, otro coautor del artículo e investigador principal del último programa observacional. “Para este tipo de observación, cuanto más tiempo esperas, mejor puedes medir el desplazamiento de las estrellas”.
El equipo analizó una serie de épocas que abarcan desde 2004 hasta 2022, una amplia línea base que solo el Hubble podía ofrecer, debido a la combinación de su visión estable y nítida y su tiempo récord en funcionamiento. El rico archivo de datos del telescopio ayudó a disminuir el nivel de incertidumbre en la medición de los movimientos propios de las estrellas. La precisión es equivalente a medir un desplazamiento anual un poco menos que el ancho de una bola de golf como se ve en la Luna desde la Tierra.
Con tres dimensiones de datos, el equipo redujo la cantidad de supuestos aplicados en estudios previos y consideró características específicas de la galaxia, como su rotación y la distribución de sus estrellas y materia oscura, en sus propios esfuerzos de modelado.
Un Futuro Emocionante
Las metodologías y los modelos desarrollados para la galaxia enana Draco se pueden aplicar a otras galaxias en el futuro. El equipo ya está analizando las observaciones del Hubble de la galaxia enana Sculptor y la galaxia enana Ursa Minor.
Estudiar la materia oscura requiere observar diferentes entornos galácticos y también implica colaboración a través de diferentes misiones de telescopio espacial. Por ejemplo, el futuro Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA ayudará a revelar nuevos detalles sobre las propiedades de la materia oscura entre diferentes galaxias gracias a su capacidad de estudiar grandes extensiones del cielo.
“Este tipo de estudio es una inversión a largo plazo y requiere mucha paciencia”, reflexionó Vitral. “Podemos hacer esta ciencia gracias a toda la planificación que se hizo a lo largo de los años para realmente recopilar estos datos. Las ideas que hemos recopilado son el resultado de un grupo más grande de investigadores que ha estado trabajando en estas cosas durante muchos años”.
Estos resultados están aceptados para su publicación en The Astrophysical Journal.
El Telescopio Espacial Hubble ha estado operando durante más de tres décadas y continúa haciendo descubrimientos innovadores que dan forma a nuestra comprensión fundamental del universo. El Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, gestiona el telescopio y las operaciones de la misión. Lockheed Martin Space, con sede en Denver, Colorado, también apoya las operaciones de la misión en Goddard. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, que está operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble para la NASA.
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Contactos Científicos:
Eduardo Vitral, Roeland van der Marel y Sangmo Tony Sohn
Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, Baltimore, MD
Revista
The Astrophysical Journal
Método de Investigación
Estudio observacional
Asunto de Investigación
No aplica
Título del Artículo
HSTPROMO Cinemática de Movimiento Propio Interno de Galaxias Esferoidales Enanas. I. Anisotropía de Velocidad y Pendiente del Cúspide de Materia Oscura de Draco
Fecha de Publicación del Artículo
11-Jul-2024
