Las cualidades y el comportamiento de la materia oscura, el «pegamento» invisible del universo, siguen estando envueltos en un velo de misterio. Aunque las galaxias están compuestas principalmente de materia oscura, comprender cómo se distribuye dentro de una galaxia ofrece pistas sobre qué es esta sustancia y qué importancia tiene para la evolución de una galaxia.
Si bien las simulaciones por computadora sugieren que la materia oscura debería acumularse en el centro de una galaxia, llamada cúspide de densidad, muchas observaciones telescópicas anteriores han indicado que, en cambio, está más uniformemente dispersa por toda la galaxia. El motivo de esta tensión entre el modelo y la observación continúa desconcertando a los astrónomos, reforzando el misterio de la materia oscura.
Un equipo de astrónomos ha recurrido al Telescopio Espacial Hubble de la NASA para intentar aclarar este debate midiendo los movimientos dinámicos de las estrellas dentro de la galaxia enana Draco, un sistema ubicado aproximadamente a 250.000 años luz de la Tierra. Utilizando observaciones que abarcaron 18 años, lograron construir la comprensión tridimensional más precisa de los movimientos de las estrellas dentro de la diminuta galaxia. Esto requirió revisar casi dos décadas de observaciones de archivo del Hubble de la galaxia Draco.
«Nuestros modelos tienden a concordar más con una estructura en forma de cúspide, que se alinea con los modelos cosmológicos», dijo Eduardo Vitral del Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore y autor principal del estudio. «Si bien no podemos decir definitivamente que todas las galaxias contienen una distribución de materia oscura en forma de cúspide, es emocionante tener datos tan bien medidos que superen todo lo que hayamos tenido antes».
Trazando los movimientos de las estrellas
Para aprender sobre la materia oscura dentro de una galaxia, los científicos pueden observar sus estrellas y sus movimientos, que están dominados por la atracción de la materia oscura. Un método común para medir la velocidad de los objetos que se mueven en el espacio es mediante el efecto Doppler, un cambio observado en la longitud de onda de la luz si una estrella se acerca o se aleja de la Tierra. Aunque esta velocidad en la línea de visión puede proporcionar información valiosa, sólo se puede extraer mucho de esta fuente de información unidimensional.
Además de acercarse o alejarse de nosotros, las estrellas también se mueven por el cielo, medido como su movimiento propio. Combinando la velocidad de la línea de visión con movimientos adecuados, el equipo creó un análisis sin precedentes de los movimientos 3D de las estrellas.
«Las mejoras en los datos y las mejoras en los modelos suelen ir de la mano», explicó Roeland van der Marel de STScI, coautor del artículo que inició el estudio hace más de 10 años. «Si no tienes datos muy sofisticados o solo datos unidimensionales, entonces los modelos relativamente sencillos a menudo pueden encajar. Cuantas más dimensiones y complejidad de datos recopiles, más complejos deben ser tus modelos para capturar verdaderamente todas las sutilezas de los datos.»
Un maratón científico (no un sprint)
Dado que se sabe que las galaxias enanas tienen una mayor proporción de contenido de materia oscura que otros tipos de galaxias, el equipo se centró en la galaxia enana Draco, que es un satélite cercano relativamente pequeño y esferoidal de la Vía Láctea.
«Al medir los movimientos propios, se anota la posición de una estrella en una época y muchos años después se mide la posición de esa misma estrella. Se mide el desplazamiento para determinar cuánto se movió», explicó Sangmo Tony Sohn de STScI, otro co -autor del artículo e investigador principal del último programa de observación. «Para este tipo de observación, cuanto más se espere, mejor se podrá medir el desplazamiento de las estrellas».
El equipo analizó una serie de épocas que abarcan desde 2004 hasta 2022, una base extensa que solo el Hubble podría ofrecer, debido a la combinación de su visión nítida y estable y su tiempo récord en funcionamiento. El rico archivo de datos del telescopio ayudó a disminuir el nivel de incertidumbre en la medición de los movimientos propios de las estrellas. La precisión equivale a medir un cambio anual un poco menor que el ancho de una pelota de golf vista en la Luna desde la Tierra.
Con datos tridimensionales, el equipo redujo la cantidad de suposiciones aplicadas en estudios anteriores y consideró características específicas de la galaxia, como su rotación y distribución de sus estrellas y materia oscura, en sus propios esfuerzos de modelado.
Un futuro apasionante
Las metodologías y modelos desarrollados para la galaxia enana Draco podrán aplicarse a otras galaxias en el futuro. El equipo ya está analizando las observaciones del Hubble de la galaxia enana Sculptor y la galaxia enana Osa Menor.
El estudio de la materia oscura requiere observar diferentes entornos galácticos y también implica la colaboración entre diferentes misiones de telescopios espaciales. Por ejemplo, el próximo Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA ayudará a revelar nuevos detalles de las propiedades de la materia oscura entre diferentes galaxias gracias a su capacidad para estudiar grandes franjas del cielo.
«Este tipo de estudio es una inversión a largo plazo y requiere mucha paciencia», reflexiona Vitral. «Podemos hacer esta ciencia gracias a toda la planificación que se realizó a lo largo de los años para recopilar estos datos. Los conocimientos que hemos recopilado son el resultado de un grupo más grande de investigadores que ha estado trabajando en estas cosas durante muchos años. años.»
Con información de The Astrophysical Journal
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