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ASTRONOMÍA. Al descubierto el "lado oscuro" de la Vía Láctea

 

La imagen muestra las ondas en el disco de la Vía Láctea, junto con los restos de la marea de la galaxia enana de Sagitario. Los púlsares analizados por Chakrabarti et al 2021, para calcular las aceleraciones galácticas se muestran en el recuadro. Fuente: IAS; Dana Berry

Es bien sabido que la expansión del universo se acelera debido a una todavía desconocida  energía oscuraDentro de las galaxias, las estrellas también experimentan una aceleración, aunque esto se debe a alguna combinación de materia oscura y densidad estelar. En un nuevo estudio que se publicará en Astrophysical Journal Letters , los investigadores ahora han obtenido la primera medición directa de la aceleración promedio que tiene lugar dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea .

Dirigido por Sukanya Chakrabarti en el US Institute for Advanced Study, con colaboradores del Instituto de Tecnología de Rochester, la Universidad de Rochester y la Universidad de Wisconsin-Milwaukee, el equipo utilizó datos de púlsares para medir las aceleraciones radiales y verticales de las estrellas dentro y fuera del plano galáctico. En base a estas nuevas mediciones de alta precisión y la cantidad conocida de materia visible en la galaxia, los investigadores pudieron calcular la densidad de materia oscura de la Vía Láctea sin hacer la suposición habitual de que la galaxia está en un estado estable.

“Nuestro análisis no solo nos da la primera medida de las pequeñas aceleraciones experimentadas por las estrellas en la galaxia, sino que también abre la posibilidad de extender este trabajo para comprender la naturaleza de la materia oscura y, en última instancia, la energía oscura a escalas más grandes”, afirmó Chakrabarti. , autor principal del artículo y miembro actual e IBM Einstein Fellow en el Institute for Advanced Study.

Las estrellas atraviesan la galaxia a cientos de kilómetros por segundo, sin embargo, este estudio indica que el cambio en sus velocidades está ocurriendo literalmente al paso de un caracol, unos pocos centímetros por segundo, que es aproximadamente la misma velocidad que un bebé gateando. Para detectar este movimiento sutil, el equipo de investigación se basó en la capacidad ultraprecisa de mantenimiento del tiempo de los púlsares que están ampliamente distribuidos por todo el plano galáctico y el halo, una región esférica difusa que rodea la galaxia.

“Al explotar las propiedades únicas de los púlsares, pudimos medir aceleraciones muy pequeñas en la galaxia. Nuestro trabajo abre una nueva ventana en la dinámica galáctica ”, dijo el coautor Philip Chang de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee.

Extendiéndose hacia afuera aproximadamente a 300.000 años luz desde el centro galáctico, el halo puede proporcionar pistas importantes para comprender la materia oscura, que representa aproximadamente el 90 por ciento de la masa de la galaxia y está altamente concentrada por encima y por debajo del denso plano galáctico de estrellas. El movimiento estelar en esta región en particular, un foco principal de este estudio, puede estar influenciado por la materia oscura. Utilizando las mediciones de densidad local obtenidas a través de este estudio, los investigadores ahora tendrán una mejor idea de cómo y dónde buscar la materia oscura.

Si bien los estudios anteriores asumieron un estado de equilibrio galáctico para calcular la densidad de masa promedio, esta investigación se basa en el estado natural de no equilibrio de la galaxia. Se podría comparar esto con la diferencia entre la superficie de un estanque antes y después de arrojar una piedra. Al tener en cuenta las "ondas", el equipo pudo obtener una imagen más precisa de la realidad. Aunque en este caso, más que piedras, la Vía Láctea está influenciada por una historia turbulenta de fusiones galácticas y continúa siendo perturbada por galaxias enanas externas como las Nubes de Magallanes Pequeñas y Grandes. Como resultado, las estrellas no tienen órbitas planas y tienden a seguir un camino similar al de un disco de vinilo deformado, cruzando por encima y por debajo del plano galáctico.

Este avance histórico amplía el trabajo de Jan H. Oort (1932); John Bahcall (1984); Kuijken y Gilmore (1989); Holmberg y Flynn (2000);  Jo Bovy y Scott Tremaine (2012) para calcular la densidad de masa promedio en el plano galáctico (límite de Oort) y la densidad de materia oscura local. Los académicos de la IAS, incluidos Oort, Bahcall, Bovy, Tremaine y Chakrabarti, han desempeñado un papel importante en el desarrollo de esta área de investigación.

Fuente: “A measurement of the Galactic plane mass density from binary pulsar accelerations” by Sukanya Chakrabarti, Philip Chang, Michael T. Lam, Sarah J. Vigeland, Alice C. Quillen, accepted, Astrophyiscal Journal LettersarXiv: 2010.04018

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