A pesar de los esfuerzos, las teorías existentes no pueden explicar la rotación de las galaxias enanas

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Los científicos no pudieron identificar un líder claro entre las teorías propuestas para explicar la variedad de características de rotación de las galaxias enanas. Resulta que todas las opciones solo resuelven parcialmente el problema: ninguna de las teorías puede reproducir la totalidad de los parámetros observados, escriben los autores en una preimpresión en ArXiv.org.

Lo que se sabe

Los principales componentes visibles de las galaxias son las estrellas y el gas, y sus concentraciones pueden determinarse a partir de observaciones del brillo del resplandor en diferentes rangos espectrales.

Por lo tanto, es posible restaurar la distribución de la densidad de la materia sobre la galaxia. Si suponemos que esta sustancia representa la mayor parte de la masa de la galaxia, entonces, a partir de la distribución obtenida, podemos calcular teóricamente la curva de rotación: la dependencia de la velocidad de las estrellas en las órbitas galácticas dependiendo de la distancia al centro.

En la gran mayoría de los casos, la predicción hecha de esta manera no coincidirá con las observaciones. Por ejemplo, en grandes galaxias espirales, la velocidad aumenta bastante bruscamente cerca del centro, y luego cambia ligeramente hasta distancias muy grandes. Al mismo tiempo, con base en una estimación de la densidad de una sustancia luminosa, se debe observar un crecimiento menos agudo, un máximo y una disminución a valores pequeños en las afueras.

Inconsistencias cósmicas

Se han propuesto varias teorías para explicar esta discrepancia. La más popular en este momento sugiere la existencia de un componente invisible del universo: la materia oscura. Esta hipotética sustancia no emite ni absorbe luz, pero tiene masa, por lo que puede afectar el movimiento de la materia ordinaria a través de la gravedad.

Para la mayoría de las galaxias grandes y sus cúmulos, la distribución muy simple de la masa en el halo de materia oscura que las rodea nos permite alinear la teoría con las observaciones.

Sin embargo, para las galaxias enanas, en las que se observa una variedad mucho mayor de formas de curvas de rotación, esto a menudo no es posible. En tales sistemas, las curvas de rotación pueden crecer en el centro incluso más rápido de lo esperado en presencia de materia oscura o, por el contrario, acercarse a las predicciones de la teoría sin un componente invisible del Universo. En el primer caso, esto indica una mayor densidad de masa en el centro, y en el segundo, una menor.

El nuevo análisis

Ahora, un equipo de astrofísicos liderados por Isabel Santos-Santos, de la Universidad de Victoria en Canadá, analizó las teorías existentes que se utilizan para explicar las curvas de rotación de las galaxias enanas.

Los autores los dividieron en cuatro categorías: efectos bariónicos (flujos potentes desde el sistema o hacia su centro), física de la materia oscura (la posibilidad de que las partículas la de materia oscura participen no solo en la interacción gravitacional), leyes no estándar de aceleración de la materia ordinaria (por ejemplo, gravedad modificada a bajas aceleraciones) e inexactitudes en la determinación de las velocidades (la posibilidad de un predominio de órbitas elípticas en lugar de circulares en el centro).

El método elegido por los autores fue utilizar modelos numéricos (simulación hidrodinámica en escalas cosmológicas) de galaxias enanas, teniendo en cuenta las características de diversas teorías y comparando la diversidad resultante con datos reales.

Los científicos han estudiado las posiciones de las galaxias en las coordenadas de dos velocidades de rotación: en un radio característico que separa el interior del exterior, y a la máxima distancia del centro. Los modelos estudiados predicen varias regiones de ubicación predominante en las galaxias, que se compararon con la distribución de sistemas conocidos.

Los resultados

Los astrónomos llegaron a la conclusión de que ninguna de las opciones consideradas es capaz de describir todos los datos de observación. Si bien la mayoría de las teorías pueden explicar ciertos aspectos, las leyes de aceleración en el peor de los casos han demostrado ser las peores de todas ya que no pueden reproducir correctamente el parámetro clave: la velocidad en las regiones internas de las galaxias.

Por separado, los autores escriben que una parte significativa de los datos puede describirse mediante trayectorias elípticas de objetos en las partes centrales de las galaxias. Sin embargo, en este caso, el hecho de que este efecto sea significativo solo en el caso de galaxias con bajo brillo superficial requiere una explicación por separado.

 

Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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