Desde el nacimiento de la astronomía moderna, los científicos han tratado de determinar el alcance total de la galaxia de la Vía Láctea y aprender más sobre su estructura, formación y evolución. En la actualidad, los astrónomos estiman que tiene un diámetro de 100,000 a 180,000 años luz y consta de 100 a 400 mil millones de estrellas, aunque algunas estimaciones dicen que podría haber hasta 1 billón.
Y, sin embargo, incluso después de décadas de investigación y observaciones, todavía hay mucho sobre lo que nuestros astrónomos de la galaxia no saben. Por ejemplo, todavía están tratando de determinar qué tan masiva es la Vía Láctea, y las estimaciones varían ampliamente. En un nuevo estudio, un equipo de científicos internacionales presenta un nuevo método para pesar la galaxia basado en la dinámica de las galaxias de los satélites de la Vía Láctea.
El estudio, titulado "La masa de la Vía Láctea a partir de la dinámica de los satélites", apareció recientemente en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. El estudio fue dirigido por Thomas Callingham del Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham e incluyó miembros del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), el Instituto Heidelberg para Estudios Teóricos y varias universidades.
Como indican en su estudio, la masa de la Vía Láctea es fundamental para nuestra comprensión de la astrofísica. No solo es importante en términos de ubicar nuestra galaxia en el contexto de la población general de galaxias, sino que también juega un papel importante al abordar algunos de los mayores misterios que surgen de nuestras teorías astrofísicas y cosmológicas actuales.
Estos incluyen las complejidades de la formación de galaxias, las discrepancias con el modelo actual de Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), teorías alternativas sobre la naturaleza de la materia oscura y la estructura a gran escala del Universo. Además, los estudios anteriores se han visto obstaculizados por una serie de factores, que incluyen el hecho de que el halo de materia oscura de la Vía Láctea (que constituye la mayor parte de su masa) no se puede observar directamente.
Otro problema importante es el hecho de que es difícil medir el alcance y la masa de la Vía Láctea porque estamos dentro de ella. Como resultado, estudios previos que han intentado inferir la masa de nuestra galaxia dieron como resultado estimaciones de masa que van desde aproximadamente 500 mil millones a 2.5 billones de veces la masa de nuestro Sol (masas solares). Como Callingham explicó a Space Magazine por correo electrónico, se necesitaba un enfoque refinado:
“La mayoría de la galaxia está en su halo de materia oscura, que no se puede observar directamente. En cambio, inferimos sus propiedades a través de observaciones de varios trazadores dinámicos que sienten los efectos gravitacionales de la materia oscura, como poblaciones estelares, cúmulos globulares, vapores y galaxias satélite. La mayoría de estos se encuentran en el centro de nuestra galaxia en el disco galáctico (dentro de ~ 10kpc) y el halo estelar (~ 15kpc) que puede dar buenas estimaciones de masa de la región interior. Sin embargo, el halo DM alcanza ~ 200kpc, y por esta razón elegimos centrarnos en las galaxias satelitales, como uno de los únicos trazadores que investigan estas partes externas de la galaxia ".
En aras de su estudio, el equipo confió en los datos de la segunda publicación de datos del satélite Gaia (versión DR2) para imponer mejores restricciones a la masa de la Vía Láctea. La misión Gaia, que ha proporcionado más información que nunca sobre nuestra galaxia, incluye la posición y los movimientos relativos de innumerables estrellas en la Vía Láctea, incluidas las que se encuentran en las galaxias satélite. Como indicó Callingham, esto demostró ser muy útil para limitar la masa de la Vía Láctea:
“Comparamos las propiedades orbitales Energía y Momento angular de las galaxias satelitales MW con las encontradas en las simulaciones. Utilizamos las últimas observaciones de los satélites MW del reciente conjunto de datos Gaia DR2 y una muestra de galaxias y galaxias satelitales adecuadas de las simulaciones EAGLE, una simulación líder realizada en Durham con un gran volumen y física bariónica hidrodinámica completa ”.
El software EAGLE (Evolución y ensamblaje de GaLaxies y sus entornos), desarrollado por el Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, modela la formación de estructuras en un volumen cosmológico que mide 100 megaparsecs por lado (más de 300 millones de años luz). Sin embargo, el uso de este software para inferir la masa de la Vía Láctea presentó algunos desafíos.
"Un desafío para esto es la muestra limitada de galaxias de tamaño MW en EAGLE (o incluso cualquier simulación)", dijo Callingham. “Para ayudar a esto, usamos una relación de escala de masa para escalar nuestra muestra total de galaxias para que sea la misma masa. Esto nos permite utilizar de manera efectiva más de nuestro conjunto de datos y mejora en gran medida nuestras estadísticas. Luego, nuestro método se probó rigurosamente al encontrar la masa de galaxias simuladas de EAGLE y las simulaciones de Auriga, un conjunto independiente de simulaciones de alta resolución. Esto asegura que nuestra estimación de masa sea robusta y tenga errores realistas (algo con lo que el campo a veces lucha debido a suposiciones analíticas) ".
A partir de esto, descubrieron que la masa de halo total de la Vía Láctea era de aproximadamente 1.04 x 1012 (más de 1 billón) Masas solares, con un margen de error del 20%. Esta estimación impone restricciones mucho más estrictas en la masa de la Vía Láctea que las estimaciones anteriores, y podría tener algunas implicaciones significativas en los campos de la astronomía, la astrofísica y la cosmología. Como Callingham resumió:
“Una estimación de masa más ajustada se puede usar de muchas maneras. En el modelado de galaxias, el halo DM es el telón de fondo en el que se ajustan los componentes estelares. Muchos métodos para sondear la naturaleza de DM, como la estructura del halo de DM, así como la densidad de DM en la Tierra para fines de detección directa, dependen de la masa del MW. La masa también se puede utilizar para predecir la cantidad de galaxias satelitales alrededor del MW que esperamos ".
Además de proporcionar a los astrónomos mediciones refinadas de la masa de la Vía Láctea, lo que contribuirá en gran medida a informar nuestra comprensión de su tamaño, extensión y población de galaxias satelitales, este estudio también tiene implicaciones para nuestra comprensión del Universo en su conjunto. Además, es otro estudio innovador que fue posible gracias a De Gaia segunda publicación de datos.
El tercer lanzamiento de Gaia Los datos están programados para finales de 2020, y el catálogo final se publicará en la década de 2020. Mientras tanto, ya se aprobó una extensión para Gaia misión, que ahora permanecerá en funcionamiento hasta finales de 2020 (se confirmará a finales de este año).
