El punto culminante del nuevo mapa es una estelar estelar, agitada por una pequeña galaxia preparada para chocar con el vía Láctea. El mapa también podría ofrecer una nueva prueba de las teorías de la materia oscura.

Astrónomos que utilizan datos de NASA y los telescopios de la ESA (Agencia Espacial Europea) han publicado un nuevo mapa celeste de la región más externa de nuestra galaxia. Conocida como el halo galáctico, esta área se encuentra fuera de los brazos espirales que forman el disco central reconocible de la Vía Láctea y está escasamente poblada de estrellas. Si bien el halo puede parecer casi vacío, también se predice que contiene un depósito masivo de materia oscura, una sustancia misteriosa e invisible que se cree que constituye la mayor parte de toda la masa del universo.

Los datos para el nuevo mapa provienen de la misión Gaia de la ESA y del Explorador de Encuestas Infrarrojas de Campo Amplio de Objetos Cercanos a la Tierra de la NASA, o NEOWISE, que operó de 2009 a 2013 como WISE. El estudio utiliza datos recopilados por la nave espacial entre 2009 y 2018.

Esta visualización muestra el disco central de nuestra Vía Láctea y una pequeña galaxia cercana llamada Gran Nube de Magallanes. El nuevo mapa estelar totalmente celeste traza la ubicación de las estrellas dentro de los confines de la Vía Láctea (conocida como halo galáctico), a unos 200.000 años luz a 325.000 años luz del centro de la Vía Láctea. Crédito: NASA /JPL-Caltech / NSF / R. Blessé / N. Garavito-Camargo y G. Besla

El nuevo mapa revela cómo una pequeña galaxia llamada Gran Nube de Magallanes (LMC), llamada así porque es la más grande de las dos galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea, cruzó el halo galáctico de la Vía Láctea como una nave en el agua, su la gravedad crea una estela en las estrellas detrás. El LMC se encuentra a unos 160.000 años luz de la Tierra y representa menos de una cuarta parte de la masa de la Vía Láctea.

Aunque las partes internas del halo se han mapeado con un alto nivel de precisión, este es el primer mapa que proporciona una imagen similar de las regiones exteriores del halo, donde se encuentra la estela, a unos 200.000 años luz a 325.000 años luz del centro galáctico. Estudios anteriores han insinuado la existencia de la estela, pero todo el mapa del cielo confirma su presencia y ofrece una vista detallada de su forma, tamaño y ubicación.

Esta interrupción del halo también permite a los astrónomos estudiar algo que no pueden observar directamente: la materia oscura. Aunque no emite, refleja ni absorbe luz, la influencia gravitacional de la materia oscura se ha observado en todo el universo. Se cree que crea un andamio sobre el que se construyen las galaxias, de modo que sin él las galaxias girarían en pedazos. Se estima que la materia oscura es cinco veces más común en el universo que toda la materia que emite y / o interactúa con la luz, desde las estrellas hasta los planetas y las nubes de gas.

Si bien existen varias teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, todas ellas indican que debería estar presente en el halo de la Vía Láctea. Si es así, mientras el LMC navega por esta región, también debería dejar una estela en la materia oscura. Se cree que la estela observada en el nuevo mapa estelar es el contorno de esta estela de materia oscura; las estrellas son como hojas en la superficie de este océano invisible, su posición se mueve con la materia oscura.

La interacción entre la materia oscura y la Gran Nube de Magallanes tiene grandes implicaciones para nuestra galaxia. A medida que la LMC gira alrededor de la Vía Láctea, la gravedad de la materia oscura arrastra la LMC y la ralentiza. Esto reducirá la órbita de la galaxia enana cada vez más, hasta que la galaxia finalmente colisione con la Vía Láctea en aproximadamente 2 mil millones de años. Este tipo de fusiones podría ser un factor clave del crecimiento de galaxias masivas en todo el universo. De hecho, los astrónomos creen que la Vía Láctea se fusionó con otra pequeña galaxia hace unos 10 mil millones de años.

«Este robo de energía de una pequeña galaxia no solo es la razón por la que la LMC se fusiona con la Vía Láctea, sino también por qué todo las fusiones de galaxias ocurren ”, dijo Rohan Naidu, estudiante de doctorado en astronomía en la Universidad de Harvard y coautor del nuevo artículo. «¡La estela en nuestro mapa es una muy buena confirmación de que nuestra imagen básica de fusión de galaxias está en el punto!»

Una rara oportunidad

Los autores del artículo también creen que el nuevo mapa, con datos adicionales y análisis teóricos, puede proporcionar una prueba para diferentes teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, por ejemplo, si está compuesta de partículas, como la materia regular, y qué son las propiedades de la materia oscura. estas partículas son.

«Puedes imaginar que la estela detrás de un barco será diferente si el barco navega en el agua o en la miel», dijo Charlie Conroy, profesor de la Universidad de Harvard y astrónomo del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, coautor del estudio. «En este caso, las propiedades de la estela están determinadas por la teoría de la materia oscura que aplicamos».

Conroy lideró el equipo que trazó las posiciones de más de 1300 estrellas en el halo. El desafío ha surgido al tratar de medir la distancia exacta de la Tierra a una gran parte de estas estrellas: a menudo es imposible determinar si una estrella es débil y cercana o brillante y lejana. El equipo utilizó datos de la misión Gaia de la ESA, que proporciona la ubicación de muchas estrellas en el cielo, pero no puede medir distancias a estrellas en las regiones exteriores de la Vía Láctea.

Después de identificar las estrellas más probablemente ubicadas en el halo (ya que no estaban claramente dentro de nuestra galaxia o la LMC), el equipo buscó estrellas pertenecientes a una clase de estrellas gigantes con una «firma» de luz específica detectable por NEOWISE. Conocer las propiedades básicas de las estrellas seleccionadas permitió al equipo determinar su distancia a la Tierra y crear el nuevo mapa. Traza un área que comienza a unos 200.000 años luz del centro de la Vía Láctea, o aproximadamente donde iba a comenzar la estela de la LMC, y se extiende unos 125.000 años luz más allá.

Conroy y sus colegas se inspiraron en la investigación de la estela de CML después de descubrir a un equipo de astrofísicos de la Universidad de Arizona en Tucson que están haciendo modelos informáticos que predicen cómo debería verse la materia oscura en el halo galáctico. Los dos grupos trabajaron juntos en el nuevo estudio.

Un modelo del equipo de Arizona, incluido en el nuevo estudio, predijo la estructura general y la ubicación específica de la estela estelar revelada en el nuevo mapa. Una vez que los datos confirmaron que el modelo era correcto, el equipo pudo confirmar lo que otros estudios también sugirieron: que es probable que el LMC se encuentre en su primera órbita alrededor de la Vía Láctea. Si la galaxia más pequeña ya hubiera realizado múltiples órbitas, la forma y ubicación de la estela serían significativamente diferentes de lo que se ha observado. Los astrónomos creen que la LMC se formó en el mismo entorno que la Vía Láctea y otra galaxia vecina, M31, y que está a punto de completar una primera órbita larga alrededor de nuestra galaxia (alrededor de 13 mil millones de años). Su próxima órbita será mucho más corta debido a su interacción con la Vía Láctea.

«Confirmar nuestra predicción teórica con datos de observación nos dice que nuestra comprensión de la interacción entre estas dos galaxias, incluida la materia oscura, está en el camino correcto», dijo Nicolás Garavito-Camargo, estudiante de doctorado en astronomía en la Universidad de Arizona, quien dirigió trabajar en el modelo utilizado en el artículo.

El nuevo mapa también ofrece a los astrónomos una oportunidad única de probar las propiedades de la materia oscura (agua o miel ficticia) en nuestra propia galaxia. En el nuevo estudio, Garavito-Camargo y sus colegas utilizaron una teoría popular de la materia oscura llamada materia oscura fría que coincide relativamente bien con el mapa estelar observado. Ahora, el equipo de la Universidad de Arizona está ejecutando simulaciones que utilizan diferentes teorías de la materia oscura para ver cuál coincide mejor con la estela observada en las estrellas.

«Es un conjunto de circunstancias realmente especial que se unieron para crear este escenario que nos permite probar nuestras teorías de la materia oscura», dijo Gurtina Besla, coautora del estudio y profesora asociada de la Universidad de Arizona. «Pero solo podemos hacer esta prueba con la combinación de este nuevo mapa y las simulaciones de materia oscura que hemos construido».

Lanzada en 2009, la nave espacial WISE se puso en hibernación en 2011 después de completar su misión principal. En septiembre de 2013, la NASA reactivó la nave espacial con el propósito principal de buscar NEO, o NEO, y la misión y la nave espacial pasaron a llamarse NEOWISE. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California administró y operó WISE para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. La misión fue seleccionada competitivamente como parte del programa Explorers de la NASA dirigido por el Goddard Space Flight Center de la agencia en Greenbelt, Maryland. NEOWISE es un proyecto de JPL, una división de Caltech, y la Universidad de Arizona, con el apoyo de la Oficina de Coordinación de Defensa Planetaria de la NASA.