Astrónomos de la UCR descifran secreto de la materia oscura


Un estudio codirigido por físicos de UC Riverside y UC Irvine descubrió que los halos de materia oscura de las galaxias ultradifusas son muy extraños, lo que genera dudas sobre la comprensión de los físicos sobre la formación de galaxias y la estructura del universo.

Las galaxias ultradifusas se llaman así por su luminosidad extremadamente baja. La distribución de bariones (gas y estrellas) está mucho más dispersa en las galaxias ultradifusas en comparación con las galaxias «normales» con masas similares.

Izquierda: Rmax: distribuciones de Vmax deducidas de los ajustes de lectura (en color), junto con las de las simulaciones TNG50-1-Dark (círculos grises). Las líneas negras sólidas muestran la relación mediana (Diemer & Joyce 2019), así como 0,3 y 0,6 dex mayor Rmax («menor concentración») en comparación con la mediana. Las líneas negras discontinuas indican las masas del halo log10(M200/M0 = 10, 10,5 y 11. Los halos IllustrisTNG dentro del cuadro rojo se seleccionan para su estudio en el panel derecho. Derecha: la velocidad circular del halo en radios de 8 kpc (panel superior ) y 2 kpc (panel inferior) frente a la velocidad circular máxima para los UDG observados (símbolos coloreados según la leyenda en el panel de la izquierda), en comparación con los halos TNG50-1-Dark seleccionados (círculos grises). Crédito: The Diario astrofísico (2022).DOI: 10.3847/1538-4357/ac8875

En las siguientes preguntas y respuestas, Hai-Bo Yu, profesor asociado de física y astronomía en la UCR, comparte sus pensamientos sobre los hallazgos que él y Manoj Kaplinghat de la UCI, su colaborador a largo plazo, han publicado en The Astrophysical Journal sobre la luz ultradifusa recientemente descubierta. galaxias y sus halos de materia oscura.

Yu y Kaplinghat se unieron a la investigación por Demao Kong de la Universidad de Tufts y Filippo Fraternali y Pavel E. Mancera Piña de la Universidad de Groningen en los Países Bajos. El primer autor Kong se unirá a la UCR este otoño.

P. ¿Qué es un halo de materia oscura?

Un halo de materia oscura es el halo de materia invisible que impregna y rodea una galaxia o un cúmulo de galaxias. Aunque nunca se ha detectado materia oscura en laboratorios, los físicos confían en que existe materia oscura, que constituye el 85% de la materia del universo.

P. Has descubierto que los halos de materia oscura de las galaxias ultradifusas son muy extraños. ¿Qué tienen de extraño y con qué los estás comparando?

Las galaxias ultradifusas que estudiamos son mucho menos masivas en comparación con, por ejemplo, la Vía Láctea. Sin embargo, contienen mucho gas y tienen una masa de gas mucho mayor que la masa estelar total, que es lo opuesto a lo que vemos en la Vía Láctea. Las galaxias ultradifusas también tienen tamaños grandes.

La distribución de la materia oscura en estas galaxias puede deducirse del movimiento de las partículas de gas. Lo que realmente nos sorprende es que la presencia de la propia materia bariónica, predominantemente en forma de gas, es casi suficiente para explicar la velocidad medida de las partículas de gas y deja poco espacio para la materia oscura en las regiones interiores, donde se encuentran la mayoría de las estrellas y el gas. Están localizados.

Esto es muy sorprendente porque en el caso de las galaxias normales, cuyas masas son similares a las de las galaxias ultradifusas, ocurre lo contrario: la materia oscura domina sobre la materia bariónica. Para dar cabida a este resultado, concluimos que estos halos de materia oscura deben tener «concentraciones» mucho más bajas. Es decir, contienen mucha menos masa en sus regiones internas, en comparación con las de las galaxias normales. En este sentido, los halos de materia oscura de las galaxias ultradifusas son «extraños».

A primera vista, uno esperaría que esos halos de baja concentración fueran tan raros que las galaxias ultradifusas ni siquiera existirían. Sin embargo, después de analizar los datos de las simulaciones numéricas más modernas de formación de estructuras cósmicas, encontramos que la población de halos de baja concentración es mayor que la expectativa.

P. ¿Qué estuvo involucrado en hacer el estudio?

Este es un trabajo colaborativo. Filippo Fraternali y su alumno Pavel E. Mancera Piña son expertos en dinámica de gases de galaxias. Descubrieron que las galaxias ultradifusas giran más lentamente que las galaxias normales con masas similares. Trabajamos juntos para interpretar los datos de medición del movimiento del gas de estas galaxias e inferir su distribución de materia oscura. Además, analizamos datos de simulaciones de formación de estructuras cósmicas e identificamos halos de materia oscura que tienen propiedades similares a las inferidas de las galaxias ultradifusas.

P. Sus hallazgos plantean preguntas sobre nuestra comprensión de la formación de galaxias/formación de estructuras del universo. ¿Cómo?

Tenemos muchas preguntas con respecto a la formación y evolución de estas galaxias recién descubiertas. Por ejemplo, las galaxias ultradifusas contienen mucho gas y no sabemos cómo se retiene este gas durante la formación de galaxias. Además, nuestros resultados indican que estas galaxias pueden ser más jóvenes que las galaxias normales. La formación de las galaxias ultradifusas no se comprende bien y se necesita más trabajo.

P. ¿Qué hace que las galaxias ultradifusas sean tan interesantes?

Estos son objetos asombrosos para estudiar debido a sus sorprendentes propiedades, como discutimos en nuestro trabajo. Las galaxias ultradifusas recién descubiertas brindan una nueva ventana para probar más a fondo nuestra comprensión de la formación de galaxias, probablemente incluso la naturaleza de la materia oscura.

Con información de Universidad de California en Riverside

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