Una galaxia solitaria hace mucho tiempo y muy lejos

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Las galaxias grandes, como nuestra propia Vía Láctea, iluminada por las estrellas, suelen ir acompañadas de un séquito brillante de satélites galácticos más pequeños que viajan en órbitas unidas alrededor de su anfitrión masivo y luminoso. Esto es similar a la forma en que los planetas dentro de nuestro propio Sistema Solar están unidos gravitacionalmente a nuestro Sol. Estos satélites más pequeños llevan vidas tumultuosas debido a sus interacciones desordenadas tanto con otros satélites como con su galaxia huésped más grande, conocida como la galaxia primaria. Sin embargo, los astrónomos han aprendido a esperar lo inesperado cuando se trata de objetos que bailan de forma extraña a través del Universo observable, y la galaxia lejana y antigua llamada Messier 94 (M94) ha demostrado estar llena de sorpresas. En enero de 2019, un equipo de astrónomos anunció sus nuevos descubrimientos de que, aunque M94 es casi del mismo tamaño que nuestra Vía Láctea, que está ricamente dotada de una familia de satélites circulantes, solo han detectado dos galaxias que orbitan a M94. Además, el dúo de baile distante tiene muy pocas estrellas cada uno.

En la astronomía hace mucho tiempo es lo mismo que lejos. Cuanto más distante está un objeto en el espacio, más antiguo es en el tiempo (espacio-tiempo) . El descubrimiento del M94 aislado de manera confiable sugiere que en el Universo temprano nacieron menos galaxias de lo que esperaban los astrónomos. Esta posibilidad podría generar nuevas preguntas para la física de las galaxias, según el estudio realizado por astrónomos de la Universidad de Michigan (Ann Arbor).

Se sabe desde hace mucho tiempo que nuestra Vía Láctea está acompañada por unas 10 galaxias satélites más pequeñas que la rodean, cada una de las cuales alberga al menos un millón de estrellas ardientes. De hecho, el satélite más grande de nuestra Vía Láctea, la Gran Nube de Magallanes (LMC) contiene hasta más de mil millones de estrellas.

Usando el poderoso Telescopio Subaru, los astrónomos ahora pueden estudiar galaxias de cinco a 10 veces la distancia de nuestra Vía Láctea, como la M94. Pueden usar la física que explica cómo nacen las galaxias satélite que rodean nuestra Vía Millky para predecir el número de galaxias satélite que puede tener una galaxia de tamaño similar.

Entonces, por esta razón, cuando los astrónomos de la Universidad de Michigan miraron a M94 , esperaban ver un número similar de galaxias satélites en órbita alrededor de él. Por desgracia, solo encontraron al dúo solitario, casi sin estrellas, bailando. Sus resultados, liderados por el Dr. Adam Smercina, se publican en la revista Astrophysical Letters. La Dra. Smercina es miembro de la National Science Foundation (NSF) en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Michigan.

“Más que una simple rareza observacional, mostramos que el cultivo actual de modelos de formación de galaxias no puede producir un sistema de satélite de este tipo. Modelo”, Dr. Smercina explicó en un comunicado de prensa de la Universidad de Michigan del 9 de enero de 2019 .

Galaxy Wonderland

Las galaxias son sistemas gravitacionalmente unidos de estrellas, polvo, gas, reliquias estelares y misteriosa materia oscura no atómica. Las galaxias vienen en diferentes tamaños, y pueden ir desde pequeñas enanas que albergan solo unos cientos de millones de estrellas hasta gigantes que contienen cien billones de constituyentes estelares, cada uno en órbita alrededor del centro de masa de su galaxia.

En la literatura astronómica, la palabra mayúscula “Galaxia” usualmente se refiere a nuestra propia Vía Láctea, distinguiéndola así de otras galaxias. El término inglés Vía Láctea se remonta a una historia escrita por el poeta inglés Geoffrey Chaucer (1340? -1400) en 1380:

“Ver allá, Lo, el Galaxye

¿Qué hombres se burlan de la Vía Láctea?

Para el golpe es por qué.

Geoffrey Chaucer, La Casa de la Fama

Las galaxias se clasifican de acuerdo con su morfología observada, y en general se designan como espirales, elípticas e irregulares, aunque la situación es algo más compleja. Se piensa que muchas galaxias grandes, si no todas, albergan un agujero negro súper masivo en sus corazones activos. El súper corazón de la oscuridad de nuestra Vía Láctea se llama Sagittarius A * (pronunciado Sagittarius-A-Star), o Sgr A * , para abreviar. Tiene una masa de alrededor de cuatro millones de soles, y está inactivo, solo se activa de vez en cuando cuando un buffet que consiste en una estrella o nube de gas flota demasiado cerca de las garras de arrebato gravitacionales de este “frumious Bandersnatch” que reside en el corazón. de nuestra galaxia.

Las estimaciones del número de galaxias que habitan en el Universo observable varían de 200 mil millones a un trillón, o más. También se ha determinado que hay más estrellas en el Universo observable que todos los granos de arena en la Tierra. La mayoría de las galaxias tienen alrededor de 3.000 a 300.000 años luz de diámetro y están separadas por distancias del orden de los megaparsecs (millones de parsecs). En comparación, nuestra propia Vía Láctea tiene un diámetro de al menos 100.000 años luz y está separada de la galaxia de Andrómeda, su vecino espiral casi grande, en 2.5 millones de años luz.

El espacio entre las galaxias no está vacío, aunque está cerca de él. En cambio, el espacio intergaláctico se llena con un gas tenue que se llama medio intergaláctico y tiene una densidad promedio de menos de un átomo por metro cúbico. La mayoría de las galaxias están organizadas gravitacionalmente en grupos, agrupaciones y supercúmulos. Nuestra propia Vía Láctea es miembro del Grupo Local , que está dominado por ella y por la galaxia de Andrómeda, y es parte del Supercluster de Virgo. En la escala más grande, estas asociaciones galácticas se organizan en láminas y filamentos rodeados por huecos negros y casi vacíos. La estructura más grande conocida de galaxias es un grupo de superclusters llamado Leniakea , que alberga el Supercluster Virgo. En esta escala, el Universo se asemeja a un panal o una esponja natural, con filamentos y vacíos intrincadamente entrelazados. De hecho, algunos astrónomos piensan que la estructura a gran escala del Universo está compuesta de un solo filamento envuelto alrededor de un solo vacío.

Antes del siglo XX, los astrónomos generalmente pensaban que nuestra Vía Láctea era la única galaxia en el Cosmos, y la existencia de otras galaxias no estaba bien establecida. De hecho, la idea de que otras galaxias bailaban en todo el Universo era tan controvertida en esa era anterior que condujo a lo que ahora se llama el Gran Debate Shapley-Curtis , que lleva el nombre de los dos astrónomos estadounidenses Harlow Shapley (1885-1972) y Heber Doust Curtis. (1872-1942). Durante este debate, los dos científicos expresaron sus puntos de vista opuestos sobre la identidad de las “nebulosas” y el tamaño de nuestra galaxia. El debate se llevó a cabo en la Academia Nacional de Ciencias en Washington DC el 26 de abril de 1920. Shapley sostuvo que la Vía Láctea era el Universo completo y que todas las nebulosas (nubes) observadas , que ahora se reconocen como galaxias en sus derecho propio – permaneció dentro de la Vía Láctea. En dramático contraste, Curtis argumentó correctamente que la Vía Láctea era más pequeña que todo el Universo, y que las nebulosas observadas eran en realidad otras galaxias similares a las nuestras.

Finalmente, a fines de 1923, el astrónomo Edwin Hubble, conocido como el “padre de la astronomía observacional moderna”, midió la distancia a la galaxia de Andrómeda (M31) utilizando un tipo de estrella variable llamada Cefeida Variables para realizar sus mediciones. Al medir el período de estas estrellas variables, Hubble pudo calcular su luminosidad intrínseca y al combinar esto con su altitud de apariencia medida, llegó a una distancia de 300 kiloparsecs, que es un orden de magnitud mayor que el tamaño estimado del Universo realizado. por Shapley. Esta medida verificó que el Universo no solo era mucho, mucho más grande que lo propuesto anteriormente, sino que también reveló que las nebulosas observadas eran realmente galaxias lejanas con una amplia variedad de morfologías.

A pesar de descubrimiento de Hubble de que el Universo fue sede de innumerables galaxias, la mayoría de las galaxias satélite de la Vía Láctea y todo el grupo local permanecieron sin descubrir, y no se descubre, hasta el advenimiento de los estudios astronómicos modernos – a pesar de que el dúo de pequeñas galaxias satélites, grandes y pequeños Las Nubes de Magallanes, han sido observables en el hemisferio sur a simple vista desde tiempos antiguos.

Una galaxia solitaria lejos, muy lejos

La Dra. Smercina señaló en el comunicado de prensa de la Universidad de Michigan del 9 de enero de 2019 que las nuevas observaciones de la galaxia solitaria M94 pueden tener implicaciones importantes para la comprensión actual de cómo nacen y evolucionan las galaxias, lo cual tiene lugar dentro de las “cunas” de lo misterioso. Forma de material llamado materia oscura. La materia oscura es mucho más abundante que la materia atómica ordinaria que compone el mundo que los seres humanos encuentran más familiar, y se cree que está formada por partículas exóticas no atómicas que reflejan bailar con la luz o cualquier forma de radiación electromagnética. Esto significa que la materia oscura fantasmal es invisible. Sin embargo, la mayoría de los astrónomos piensan que este material transparente realmente existe debido a sus efectos gravitacionales en los objetos que se pueden observar, como las estrellas y las galaxias iluminadas por las estrellas.

Los halos compuestos de la materia oscura que rodea a las galaxias poseen una poderosa fuerza gravitacional. Por esta razón, estos halos de materia oscura pueden extraer el gas de sus alrededores. Las galaxias grandes como la nuestra y Andrómeda suelen formar halos de aproximadamente la misma masa. Sin embargo, las galaxias satélites más pequeñas, que están rodeadas por “subhalos” más pequeños , parecen viajar al ritmo de un tambor diferente.

La tasa de natalidad de las estrellas de gran masa en estas galaxias satélite pequeñas en realidad modula su crecimiento. Esto significa que una galaxia satélite naciente da a luz a demasiadas estrellas de gran masa en un momento dado, y sus explosiones de supernova temporales podrían expulsar todo su gas que grita en el espacio, lo que hace que todo el crecimiento se detenga. Cuanto más masiva es la estrella, más corta es la “vida” que quema hidrógeno en el Diagrama de Hertzsprung-Russell de Evolución Estelar. Las estrellas masivas viven rápido y mueren jóvenes, y una explosión fatal de supernova suele anunciar su desaparición. Sin embargo, los astrónomos aún no han determinado en qué tamaño del halo esta “dispersión” en la formación galáctica se vuelve importante.

El Dr. Smercina continuó explicando que M94 sugiere que la formación de galaxias en halos de materia oscura de tamaño intermedio puede ser mucho más misteriosa de lo que se creía anteriormente.

“Creemos que esa dispersión, el rango de galaxias que esperamos ver, puede ser mucho más alta de lo que la gente piensa actualmente para los halos de materia oscura de una cierta masa. Las masas de halo son las más bajas, pero es en estos halos intermedios de materia oscura que esta la discusión está sucediendo, “Dr. Smercina añadió.

Para observar el número de galaxias satélites enanas que rodean M94 , los astrónomos tomaron una imagen compuesta de la gran galaxia. La imagen obtenida cubre aproximadamente 12 grados cuadrados del cielo nocturno. En comparación, la Luna de la Tierra aparece aproximadamente en un grado cuadrado. Este tipo de imagen incluye capas sobre capas de “ruido”. Este “ruido” incluye luz dispersa y rayos cósmicos, que hacen que las galaxias enanas tenues sean difíciles de detectar.

Para asegurarse de que no faltaban las galaxias satélites que rodean a M94 , los científicos diseñaron galaxias artificiales en la imagen y las recuperaron utilizando los mismos métodos que se utilizarían para las galaxias satélites reales. Al usar esta técnica, el Dr. Smercina y su equipo pudieron confirmar que no había más de dos galaxias bailando alrededor de M94.

La Dra. Smercina continuó explicando que “el verdadero problema es si la comunidad esperaba o no que esto pudiera ser posible. Si realmente pensamos que podríamos encontrarlo, puede hacer una contribución a nuestra comprensión de cómo funciona nuestro universo, eso es realmente gratificante”. “

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