Un grupo de investigadores ha observado que las estrellas viajan más lentamente en el borde de la Vía Láctea, en comparación a estrellas más cercanas al centro de la galaxia. Algo que resulta sorprendente y que lleva a plantearse una posibilidad que resulta sorprendente: es posible que el centro de la galaxia sea menos masivo de lo pensado…
Las estrellas en el borde viajan más lentamente por la materia oscura
En esencia, el planteamiento es que el núcleo gravitacional de nuestra galaxia podría tener menos masa de lo esperado. Así como, también, menos materia oscura. Estos nuevos resultados se basan en el análisis, realizado por un equipo de investigadores, de los datos tomados por la sonda Gaia y el instrumento APOGEE. Gaia es un telescopio espacial que es capaz de seguir la ubicación precisa, distancia y movimiento, de más de 1000 millones de estrellas de la Vía Láctea. APOGEE, por su parte, es una encuesta astronómica (una campaña de observación) terrestre.
Los investigadores han analizado las mediciones que Gaia ha tomado de más de 33 000 estrellas. Entre ellas están algunas de las estrellas más lejanas en la Vía Láctea. Han determinado la velocidad circular o, dicho de otro modo, a qué velocidad completa una estrella una vuelta alrededor de la galaxia, teniendo en cuenta la distancia de ese astro al centro de la Vía Láctea. Los científicos han comparado la velocidad de cada estrella frente a su distancia, generando así una curva de rotación. Es un gráfico estándar en astronomía que es muy práctico.
Representa a qué velocidad rota la materia a una distancia en particular del centro de la galaxia. La forma de esta curva puede dar a los científicos una idea de cuánta materia visible y oscura está distribuida por la galaxia. Lo más sorprendente, explican, ha sido ver que la curva se mantenía plana, hasta cierta distancia, y después comenzaba a caer. Esto quiere decir que las estrellas exteriores rotan un poco más lento de lo esperado. Es un resultado que resulta muy llamativo. El equipo utilizó esa curva de rotación nueva para obtener una imagen más actualizada.
La distribución de materia oscura en la Vía Láctea
Con esa nueva información, querían crear una nueva distribución de materia oscura que permitiese explicar la ralentización de las estrellas exteriores. Así, han visto que el mapa resultante muestra un núcleo galáctico más ligero de lo que se esperaba. Es decir, el centro de la galaxia podría ser menos denso de lo esperado. Tendría menos materia oscura de lo que se creía. El resultado supone un problema al compararlo con otras mediciones. En palabras de los investigadores, hay algo extraño en marcha y es muy interesante descubrir el qué.
No deja de ser una oportunidad de tener una imagen coherente de la galaxia. Como la mayoría de galaxias del universo, la Vía Láctea gira como el agua en un remolino. Su rotación, en parte, está producida por toda la materia que se mueve en su disco. En los años 70, la astrónoma Vera Rubin fue la primera en darse cuenta de que las galaxias rotan de una manera que no puede describirse, únicamente, por la presencia de materia visible. Ella y sus compañeros midieron la velocidad circular de las estrellas y vieron algo llamativo.
Las curvas de rotación resultantes eran sorprendentemente planas. Es decir, la velocidad de las estrellas se mantenía igual a lo largo de la galaxia, en lugar de caer con el aumento de la distancia al centro. Esto los llevo a concluir que algún otro tipo de materia invisible debía estar actuando en esas estrellas lejanas, dándoles un empujón extra. El trabajo de Vera Rubin en las curvas de rotación fue una de las primeras evidencias robustas sobre la existencia de materia oscura. Es una entidad invisible que, se calcula, es más masiva que todas las estrellas y el resto de materia visible del cosmos.
La curva de rotación de la Vía Láctea es más difícil de medir
Desde entonces, los astrónomos han visto curvas de rotación muy parecidas en galaxias lejanas. Algo que apoya la idea de la presencia de materia oscura. Solo en tiempos recientes se ha intentado analizar la curva de rotación de nuestra propia galaxia, con el movimiento de sus estrellas. Es más difícil medirla cuando se trata de nuestra propia galaxia. En 2019, en un trabajo similar, se analizaba la curva de rotación, utilizando un conjunto de datos más antiguo del satélite Gaia. Los datos publicados incluían estrellas a una distancia de 25 kilopársecs (unos 81 000 años-luz) del centro.
Basándose en esos datos, se vio que la curva de rotación de la galaxia parecía plana, aunque con un ligero descenso, similar al de otras galaxias lejanas. Por deducción, por tanto, la galaxia seguramente tenía una gran densidad de materia oscura en su núcleo. Ahora, esa impresión ha cambiado, al incorporar los nuevos datos del telescopio, esta vez incluyendo estrellas a 30 kilopársecs, a casi 100 000 años-luz del centro de la galaxia. A estas distancias, explican los investigadores, se está justo al borde de la galaxia. Nadie había explorado el movimiento de la materia en esa región.
Buscando expandir esa primera curva de rotación, los investigadores han refinado su análisis, incluyendo las mediciones de APOGEE. Es capaz de medir propiedades, de manera extremadamente detallada, de más de 700 000 estrellas de la Vía Láctea. Registra datos como el brillo, la temperatura y su composición elemental. Todo esto se incorporó en un algoritmo para obtener una mejor estimación de la distancia de las estrellas. Esto, explican, permite que se pueda medir las características de estrellas que están a mayor distancia.
Las implicaciones de observar que las estrellas viajan más lentamente en el borde
Todo esto desemboca en que el equipo establezca, con precisión, las distancias de más de 33 000 estrellas y han utilizado esas mediciones para crear un mapa, en tres dimensiones, de las estrellas dispersas por la galaxia, hasta esa distancia de 30 kilopársecs. Después, añadieron un modelo de velocidad circular en el mapa, para simular cómo de rápido debe viajar cada estrella, teniendo en cuenta la distribución del resto de astros de la galaxia. Posteriormente, compararon la velocidad de cada estrella y su distancia, para crear una curva de rotación actualizada.
Así es como se encontraron con la sorpresa. En lugar de ver una leve caída, como en las curvas de rotación anteriores, lo que vieron es que la caída era mucho más pronunciada de lo esperado, en el borde. Esta inesperada sorpresa, muestra que las estrellas viajan igual de rápido hasta una cierta distancia. A partir de ahí, las estrellas viajan más lentamente cuando las distancias son más grandes. En los exteriores, viajan más lento de lo esperado. Al traducir esta curva de rotación, para obtener la cantidad de materia oscura de la galaxia, se encontraron con la sorpresa.
Contiene menos materia oscura de lo que se esperaba. Esto resulta una discrepancia (o una tensión, como se la denomina), en comparación a otras mediciones. Hay que entender, explican los investigadores, este resultado y, probablemente, tenga repercusiones muy pronunciadas. Podría llevar a que se encuentre más masa, más allá del borde del disco galáctico, o a volver a evaluar el estado de equilibrio de la vía Láctea. Los investigadores esperan encontrar respuestas en un próximo trabajo, en el que utilizarán simulaciones de alta resolución de galaxias similares a la nuestra.
Estudio
El estudio es X. Ou, A. Eilers, L. Necib et al.; «The dark matter profile of the Milky Way inferred from its circular velocity curve». Publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society el 8 de enero de 2024. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
