El misterio de la falta de mini-galaxias

Publicado por ana

Agosto 30, 2009

Como polillas alrededor de un fuego, miles de pequeñas galaxias satélite recorrerían nuestra Vía Láctea. Para los astrónomos se trata de un escenario ideal, encajando perfectamente con los modelos establecidos de cómo el vecindario cosmico de nuestra galaxia debería ser. Lamentablemente, es un sueño en más de un sentido y la realidad no podría ser más diferente.

Por lo que podemos decir, apenas 25 satélitesdispersos merodean con tristeza por los alrededores de la Vía Láctea. “Se trata únicamente del 1 por ciento del número previsto de galaxias satélite“, dice Pavel Kroupa de la Universidad deBonn en Alemania. “Es el caso más claro en el que podemos ver que hay algo erroneo en la imagen estándar que tenemos sobre el origen de las galaxias”.

No es sólo la parente escasez de galaxias la que está causando consternación. En una conferencia a principios de este año en la ciudad alemana de Bad Honnef, Kroupa y sus colegas presentaron un análisis de la ubicación y el movimiento de las galaxias satélite conocidas. Informaron de que la mayoría de estas galaxias orbitan alrededor de la Vía Láctea de una forma inesperada y que, en conjunto, sus resultados están en desacuerdo con la cosmología dominante. Es “sólo una manera de” explicar los resultados, dice Kroupa: “La gravedad tiene que ser más fuerte de lo previsto por Newton.”

Desafiar la descripción de la gravedad de Newton es controvertido. Pero, independientemente de dónde está la verdad, las galaxias satélite de la Vía Láctea se han convertido en el último campo de batalla entre los defensores de la materia oscura y las teorías de la gravedad modificada.

Nuestra imagen estándar del universo viene de muchas décadas de observaciones. Se afirma que la materia visible - el tipo de cosas de las que tu, yo, los planetas y las estrellas estámos hechos – se ve compensado por un factor 6 o 7 veces superior de invisible y fría materia oscura. Nadie sabe de lo que la materia oscura está compuesta, pero su existencia se ha postulado para explicar cómo lasestrellas en galaxiasespirales pueden orbitar a velocidades de vértigo sin que continúen su rumbo en el . No hay suficiente materia común en el espacio exterior como para mantener todo sujeto, así que elcontrol gravitatorio extra proporcionado por la gran cantidad de materia oscura frena a estasveloces estrellas que están volando en el espacio.

Se cree que la materia oscura también han desempeñado unpapel clave en la formación del universo temprano. A partir del Big Bang, fue la materia oscura la primera en agruparse bajo la fuerza de gravedad debido a su falta de interacción con la luz, lo quesignifica, además, que no se vio azotada por la bola de fuego del big-bang. Más tarde, la materia gaseosa normal cayó en estos grupos – denominados halos de materia oscura – cuando secongelaron en estrellas para crear las galaxias visibles.

Una característica clave de este escenario de materia oscura es que la materia oscura forma halos de todo tipo de tamaño. Según el modelo estándar de cosmología, un halo tan grande como el que ha creado la Vía Láctea debería estar rodeado de miles de mini halos, que a su vez deberían haber creado pequeñas galaxias satélite.

¿Asi que, por qué no las vemos? Podría ser simplemente porque la mayoría de las galaxias satélite contienen sólo unas pocas miles de estrellas y su debilidad las hace extremadamente difíciles dedetectar.

Otro problema es que no resulta obvio para el ojo humano que un grupo aparente de las en el cielo sea una colección delimitada en lugar de una alineación de estrellas a distancias completamente diferentes. Demostrar su conexión requiere técnicas informatizadas detalladas de búsqueda y análisis de los colores de las estrellas para obtener sus tipos y distancias relativas – un trabajo laborioso y caro.

Enanas de marea

Sin embargo, la tasa de descubrimiento de galaxias satélite se ha visto impulsado en los últimos cinco años, mediante una búsqueda detallada por el Sloan Digital Sky Survey. Mientras que únicamente nueve satélites fueron descubiertos en los 30 años anteriores al SDSS, otros 15 han sido encontrados desde entonces. Las mayores tienen cerca de 1.000 años luz de diámetro – menos del 1 por ciento del diámetro del disco de la Vía Láctea – y el más pequeño alrededor de unos 150 años luz. A pesar de este progreso, el número total de satélites descubiertos está muy por debajo de los previstos por el paradigma dela fria materia oscura.

El problema de la falta de satélites no es el único rompecabezas. Kroupa Bonn y su colega Manuel Metz, junto con Gerhard Hensler de la Universidad de Viena, Austria, y Helmut Jerjen, del observatorio del Monte Stromlo cerca de Canberra, Australia, han estudiado la ubicación y el movimiento del pequeño número de galaxias satélite conocidas. Se encontraron con que una alta proporción de galaxias parecen estar restringidas a un plano perpendicular al disco de la Vía Láctea. Es más, la mayoría de las galaxias de la Vía Láctea orbitan en la misma dirección queésta. “Esto es completamente incompatible con el modelo de materia oscura acerca de la formación de la Vía Láctea”, dice Kroupa. Señala que los satélites deben parecerse más a un enjambre deabejas, moviéndose en órbitas aleatorias y distribuidas en una cáscara esférica alrededor de nuestra galaxia.

Si el origen de las galaxias satélite de la Vía Lácteano puede ser explicado por el modelo de la materia oscura, ¿cómo se originan?

Kroupa dice que podemos encontrar una pista en el largo rastro de material gaseoso y de estrellas conocido como Corriente de Magallanes, que se transformó en la Gran Nube deMagallanes debido a los efectos gravitatorios producidos por la Via Láctea.

Estos efectos de las mareas eran mucho más usuales de 10 a 12 mil millones de años atrás, durante el origen de la Vía Láctea, porque las galaxias durante la rápida expansión del universo estaban mucho más cercanas las unas de las otras de lo que lo están hoy en día.

Kroupa y sus colegas sostienen que la gravedad de la joven Vía Láctea absorvió el gas de una galaxia que pasaba cerca para formar las antiguas”Enanas de marea“, las cuales acabaron como galaxias satélite. “Al igual que la Corriente de Magallanes, dichas galaxias pueden formar de manera natural una corriente plana y compartir el mismo movimiento”, dice Kroupa.

Parece una buena solución. Pero la idea de las galaxias satélite como antiguas enanas de marea plantea otra cuestión. Las mediciones de las velocidades de las estrellas muestran que están en órbita muy veloz alrededor de sus galaxias – tan rápido que deberían ser lanzadas hacia el espacio intergaláctico.

Estas diferencias son más evidentes en unobjeto celeste llamado el Cúmulo Bala, que seformó cuando dos cúmulos de galaxias chocaron. Las imágenes tomadas en el espacio por los rayos X del Observatorio Chandra revelan que cuando los cúmulos chocaron, las dos enormes nubes de gas chocaron la una contra la otra muy lentamente. Pero los mapas de la distribución de la masa indican que los dos grupos de materia oscura navegaron a través del otro sin resultar afectados, dejando atrás a la materia ordinaria.

Kroupa reconoce que la materia oscura y la materia ordinaria pudieron comenzar a separarse de manera similarcuando se formaron las galaxias enanas de marea. Esto presenta un dilema: la evidencia de la vertiginosa velocidad de las estrellas de las galaxias satélite “sugiere a gritos que se debe a la materia oscura“, dice Kroupa, “pero todas las pruebas restantes, afirman que estas galaxias no pueden contener materia oscura“.

Entonces, ¿cómo es posible explicar las velocidades anormalmente rápidas de las estrellas en galaxias enanas de marea? La única respuesta, dice Kroupa, es modificar la gravedad. Está a favor de una alternativa a la materia oscura conocida como dinámica Newtoniana modificada o MOND, ideada en la década de 1980 por Mordehai Milgrom, ahora en elInstituto Weizmann de Rehovot, Israel. MOND cuenta que bajo una aceleración importante, la gravedad es más fuerte que los dictados de la ley de Newton.

Asi que, como las estrellas situadas a lo largo de los bordes exteriores de las galaxias espirales experimentan una menor aceleración que las del interior de la galaxia, deben tener una gravedad un poco más fuerte de lo que podríamos esperar en la ley deNewton. Con unafórmula sencilla, Milgrom puede explicar el movimiento de las estrellas en cada galaxia en espiral para las que tenemos mediciones de velocidad.

MOND es una alternativa lógica a la materia oscura. Sin embargo, es difícil encontrar casos en los que losdos escenarios prevean resultados diferentes. Ahora, todo eso podríacambiar. Milgrom piensa que el fracaso del modelo demateria oscura para predecir el número, la ubicación y las velocidades de las galaxias satélite de la Vía Láctea se trata de un importante indicativo. “Es la situación mas clara del exito de MOND el fallo de la materia oscura“, dice.

James Binney de la Universidad de Oxford, sin embargo, lo ve deotro modo. En marcado contraste con Milgrom, afirma que el problema de la galaxia satélite refuerza la hipótesis de la materia oscura. “Esta es realmente la situación más clara donde la materia oscura tiene éxito,” afirma.

Galaxias oscuras

¿Cómo pueden los defensores de la MOND y de la materia oscura tener ese tipo deinterpretaciones diametralmente opuestas partiendo de lasmismas observaciones?

Según Binney, hay que fijarse en los detalles de la hipótesis de la materia oscura para la formación de galaxias. A raíz de la gran explosión, las fluctuaciones cuánticas en el espacio-tiempo dieron lugar a algunas regiones del universo apareciendo mucha de la materia, y en otros casos, vacío en regiones muy pequeñas. Los vacíos se expandieron más rápidamente que las regiones densas, cuya expansión fue retenida por la gravedad de la materia que contiene.

En los huecos de expansión y conexión entre ellos, se insertó la materia oscura. “Vemos esto en la distribución de las galaxias“, dice Binney. El universo se parece a “un queso suizo“, con concentraciones de galaxias separadas por enormes vacíos.

Binney ve este proceso de compresión de la materia también en la acción de la escala de la Vía Láctea: la materia oscura habría fluido en la Vía Láctea porciertos caminos. Así Binney considera completamente natural que veamos gran parte de las galaxias satélite confinadas en un solo plano y con susvelocidades correlacionadas. “Sus propiedades son perfectamente explicables en el escenario de la materia oscura”, dice.

Pero si el modelo de la materia oscura concuerda con la ubicación y movimiento de las galaxias satélite, ¿por qué vemos sólo el 1 por ciento del número que es de esperar? Binney no ve tampoco ningún problema en este caso. Afirma que las galaxias quefaltan son, sencillamente, demasiado débiles para que nosotros las hayamos detectado aún. O “quepueden estar exclusivamente compuestas de materia oscura” cuyo gas no es suficiente para iluminar las estrellas, agrega.

Binney señala un estudio reciente realizado por un equipo dirigido por Sergey Koposov del Instituto Max Planck deAstronomía en Heidelberg, Alemania, que concluyó que las galaxias satélite que vemos son sólo la punta deliceberg. De las propiedades de las galaxias satéliteobservadas, Koposov predice que el número de galaxias ultra-débiles aún por descubrir deben llegar a los miles.

Pero no está claro cómo las galaxias con grandes concentraciones degas y materia oscura puede no tener estrellas. La supresión de la formación de estrellas implica mecanismos complejos que no se entienden bien – aquí todo el mundo está muy de acuerdo. “Es el talón de Aquiles del modelo de materia oscura“, admite Binney. “Pero eso sólo significa que todavía tenemos mucho por hacer para dotar de contenido al modelo“.

Milgrom y Kroupa no están convencidos. Ellos sostienen que el mecanismo de prevención de la existencia de estrellas es el defecto fatal en el modelo de materia oscura. Otros se enfrentan a una lucha cuesta arriba para convencer a los demás, sin embargo: la mayoría de los astrónomos están aferrados a la materia oscura y no quieren lanzar a la ligera más de 30 años de trabajo por la ventana. La verdad es, dice Binney, que tanto la materia oscura y como MOND tienen deficiencias cada una en sus cotenidos.

Entonces, ¿qué se necesita para que uno de loslados ceda terreno? La respuesta puede estar en la cartografía delpaisaje gravitacional de las zonas exteriores de la Vía Láctea. Haciendo mapas cada vez más detallados del movimiento de todas las galaxias satélite visibles y de los cúmulos globulares, debería ser posible deducir la presencia de todas las galaxias satélites que son demasiado tenues para verse. Si resulta que de hecho hay miles de satélites ultra-ligeros, como el modelo que la materia oscura predice, entonces los defensores de la materia oscura habrán apostado por elcaballo correcto. Si no, entonces la materia oscura aún puede tropezar antes de la meta.

Sin tal mapa gravitacional, ambas partes están sujetas con globos en palillos en lugar de guantes de boxeo. Por ahora, los alrededores de la Vía Láctea sigue siendo un campo de batalla distante entre dos grandes concepciones del mundo.

Referencias: http://www.newscientist.com