Lo que las débiles galaxias enanas pueden decirles a los astrónomos sobre la formación de galaxias

15 de junio de 2022

(Noticias de NanwerkAquí estamos sentados en la Tierra en medio de la Vía Láctea. Y aquí se encuentra la Vía Láctea, que crece dentro de un gran halo de materia oscura.

La materia oscura es algo intrigante: no interactúa con la luz, por lo que realmente debería llamarse materia transparente, dice Eric Bell, profesor de astronomía en la Universidad de Michigan.

Pero constituye aproximadamente el 85% de la materia de nuestro universo e impulsa la formación de galaxias. Para estudios posteriores, los astrónomos han descubierto galaxias enanas débiles que deben estar incrustadas en «subhalos» de materia oscura más pequeños.

«Una de las razones más importantes para estudiar estas pequeñas galaxias enanas es que puedes ver cómo se ve la pequeña materia oscura, o halos», dijo Bell. «Uno esperaría que esto afectara las propiedades de las galaxias débiles». Cúmulo Messier 81 con ubicaciones conocidas de satélites M81 (en rojo) y nuevos descubrimientos y filtros (en amarillo) Imagen del cúmulo Messier 81, del Sloan Digital Sky Survey con ubicaciones conocidas del satélite M81 (en rojo) y nuevos descubrimientos y filtros (en amarillo). Tanto las galaxias candidatas conocidas como las recién descubiertas, con estrellas un millón de veces más pequeñas que Messier 81 (o la Vía Láctea), están distribuidas alrededor de Messier 81 de manera desequilibrada, agrupadas alrededor del tercer miembro más brillante del grupo NGC 3077. Esto es sorprendente porque Se espera que las lunas se agrupen artificialmente alrededor de los miembros más brillantes del grupo, y esto presenta un desafío para la propagación de modelos de formación de galaxias. (Foto: Sloan Digital Sky Survey)

Bell y un equipo de investigadores buscaban galaxias enanas junto a una galaxia cercana del tamaño de la Vía Láctea llamada M81. M81 está separando lentamente dos galaxias cada vez más pequeñas, lo que significa que su gravedad está atrayendo a estas dos galaxias más pequeñas, M82 y NGC 3077, hacia sí mismas.

Bell esperaba encontrar las galaxias más tenues identificadas hasta ahora fuera de la Vía Láctea o las galaxias de Andrómeda que se agrupan alrededor de M81, la galaxia con la masa más grande, luego menos alrededor de M82, y posiblemente una alrededor de NGC 3077. En cambio, su grupo lo encontró aproximadamente Todo débil Las galaxias se agrupan alrededor de NGC 3077.

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El grupo encontró una galaxia específica, una de las galaxias más débiles jamás descubiertas fuera de la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda (M31), y seis posibles galaxias potenciales. Bell presentará los hallazgos en la reunión de junio de la Sociedad Astronómica Estadounidense.

Seis de las siete nuevas galaxias y galaxias candidatas están agrupadas alrededor de esta galaxia de tamaño mediano. Es el tercero más grande del grupo, dijo Bell, pero por alguna razón contiene casi todos los satélites y no tenemos idea de por qué. «Para volver a nuestros modelos de materia oscura y nuestros modelos de formación de galaxias, básicamente dicen: ‘Más grande es más’. Si tuviera una galaxia más grande con un halo oscuro más grande, debería tener más amiguitos, y ese sistema parece violar que.»

Los modelos de formación de galaxias simulan cómo las galaxias podrían crecer a partir de pequeñas fluctuaciones en la materia oscura al principio de la historia del universo hasta convertirse en galaxias como las que podemos observar hoy. La materia oscura juega un papel crucial: sin ella, las galaxias no podrían formarse en absoluto, e incluso pequeños cambios en el comportamiento de la materia oscura cambian las propiedades esperadas de las galaxias, especialmente las galaxias enanas débiles. La galaxia satélite de Messier 81 Una nueva galaxia espacial en el grupo Messier 81. Con solo 100.000 estrellas, este es el miembro más débil conocido del grupo Messier 81 y es una de las galaxias más débiles descubiertas fuera del entorno inmediato de la Vía Láctea. Crédito de la imagen: Eric Bell, Universidad de Michigan, con el Telescopio Subaru Una nueva galaxia satélite en la constelación Messier 81. Con solo 100 000 estrellas, este es el miembro más débil conocido de la constelación Messier 81 y es una de las galaxias más débiles descubiertas fuera de la entorno inmediato de la Vía Láctea. (Foto: Eric Bell, Universidad de Michigan, con el Telescopio Subaru)

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Para buscar estas tenues galaxias enanas, los astrónomos utilizaron la Hyper Suprime-Cam de Subaru, una cámara digital del tamaño de un automóvil pequeño que flota sobre el Telescopio Subaru en Hawai. Con esta cámara, los astrónomos han podido capturar imágenes increíblemente sensibles que pueden detectar una luz más de 100 millones de veces más débil que la que puede ver el ojo humano.

Estas galaxias están muy dispersas, pero Subaru es lo suficientemente sensible como para detectar algunas de las estrellas más brillantes de esa galaxia. Bell y sus colegas encuentran estas galaxias buscando grupos de estas estrellas débiles. Por cada estrella que ven, esperan que haya unos pocos miles de estrellas más débiles.

“Así que estas galaxias tienen entre 50 000 y 200 000 estrellas”, dijo Bell, explicando que esto parece mucho, pero es un millón de veces más pequeño que el número de estrellas en la Vía Láctea. «Estos son realmente malos para ser galaxias. Hacen su trabajo, hacer estrellas, terriblemente. No los contratarías para ser una galaxia».

Encontrar estas galaxias tenues cerca de una galaxia satélite más pequeña ha sido un misterio, dice Bell.

Nuestros modelos predicen que las galaxias más grandes deberían contener más galaxias más débiles, pero no es así. O tal vez lo hacen en general, pero hay algunas excepciones y simplemente tomamos una foto extraña «, dijo. Pero los modelos no esperan ese tipo de diferencia en particular. Lo que significa es que hay algo realmente interesante sobre cómo las galaxias formarse y sobrevivir en pequeños halos de materia oscura que no comprendemos».

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Los astrónomos tienen algunas teorías sobre por qué estas débiles galaxias enanas están ubicadas cerca de galaxias más pequeñas en lugar de galaxias grandes, aunque Bell dice que las teorías no son del todo satisfactorias. Una posibilidad puede ser que la gravedad de una gran galaxia destruya galaxias más pequeñas de manera más efectiva de lo que se pensaba anteriormente.

«Si estuviera al lado de un tipo grande», dijo Bell, «ese tipo grande atraería un lado de mí más que el otro, y entonces me separaría».

Este efecto se ha tenido en cuenta mediante modelos matemáticos de cómo estas débiles galaxias operan cerca de compañeras más grandes. Pero, explica Bell, es posible que los modelos no hayan incorporado lo suficiente de este efecto, como que el satélite esté más cerca de la galaxia más grande de lo estimado previamente, de la fuerza gravitatoria, llamada mareas, que la galaxia más grande.

Otra posibilidad podría ser que las galaxias grandes como la Vía Láctea estén haciendo algo a su entorno que impida que incluso las galaxias pequeñas se formen al principio. Las galaxias están calentando el gas circundante, y es posible que este proceso sea más poderoso de lo que predicen los modelos actuales.

«Es posible. Realmente no me gusta ninguna de las dos ideas, pero las probaremos en nuestros modelos de formación de galaxias», dijo Bell.

Él dice que sus hallazgos plantean más preguntas que respuestas, pero son preguntas interesantes para considerar.

«Podría ser que estas galaxias débiles no se formen alrededor de galaxias grandes, sino que residan alrededor de galaxias más pequeñas y medianas. O podría ser que no vivan alrededor de hombres grandes, sino que traten con chicos pequeños». «Y eso significa que tenemos algo un poco mal sobre la formación y supervivencia de estas cosas, o un malentendido sobre cómo se forman o sobreviven las galaxias».

Bell y su equipo han presentado una solicitud de tiempo de telescopio en el Telescopio Espacial Hubble, lo que debería brindarles imágenes más claras de estas galaxias débiles y la oportunidad de resolver algunos de estos problemas.

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