En un sorprendente ejemplo de astronomía de múltiples misiones, las mediciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y la misión Gaia de la ESA se han combinado para mejorar la estimación de la masa de nuestra galaxia, la Vía Láctea: 1,5 billones de masas solares.
Esta representación artística muestra un modelo generado por computadora de la Vía Láctea y las posiciones precisas de los cúmulos globulares que la rodean utilizados en este estudio. Los científicos utilizaron las velocidades medidas de estos 44 cúmulos globulares para determinar la masa total de la Vía Láctea, nuestro hogar cósmico. Ver video.
Crédito: ESA / Hubble, L. Watkins, L. Calçada.
La masa de la Vía Láctea es una de las medidas más fundamentales que los astrónomos pueden hacer acerca de nuestro hogar galáctico. Sin embargo, a pesar de décadas de intenso esfuerzo, incluso las mejores estimaciones disponibles de la masa de la Vía Láctea están en desacuerdo. Ahora, al combinar los nuevos datos de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA) con las observaciones realizadas con el Telescopio Espacial Hubble dela NASA / ESA , los astrónomos han descubierto que la Vía Láctea pesa alrededor de 1.5 billones de masas solares en un radio de 129 000 años luz. -del centro galáctico.
Las mediciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y la misión Gaia de la ESA se han combinado para mejorar la estimación de la masa de nuestra galaxia, la Vía Láctea: 1,5 billones de masas solares. Crédito: Bethany Downer, Nico Bartmann, Mathias André y Raquel Yumi Shida, Mathias Jager, John Stanford – Aurora, ESO, P. Horálek, ESA, Hubble, NASA., L. Calçada, M. Kornmesser, ATG Medialab, F. Ferraro, S. Brunier, Lars Lindberg Christensen.
Las estimaciones anteriores de la masa de la Vía Láctea oscilaban entre 500 mil millones y 3 billones de veces la masa del Sol. Esta enorme incertidumbre surgió principalmente de los diferentes métodos utilizados para medir la distribución de la materia oscura , que constituye aproximadamente el 90% de la masa de la galaxia.
“Simplemente no podemos detectar la materia oscura directamente”, explica Laura Watkins (European Southern Observatory, Alemania), quien dirigió al equipo que realizó el análisis. “Eso es lo que conduce a la incertidumbre actual en la masa de la Vía Láctea: ¡no se puede medir con precisión lo que no se puede ver!”
Dada la naturaleza esquiva de la materia oscura, el equipo tuvo que usar un método inteligente para pesar la Vía Láctea, que se basaba en medir las velocidades de los cúmulos globulares: cúmulos densos de estrellas que orbitan el disco espiral de la galaxia a grandes distancias [1] .
CréditoEste cúmulo globular, NGC 4147, visto con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, fue uno de los muchos que fueron utilizados por los astrónomos para medir la masa total de la Vía Láctea. NGC 4147 se encuentra a unos 60 000 años luz de la Tierra en la constelación del norte de Coma Berenices (la Cabellera de Berenice).
Crédito:ESA / Hubble y NASA, T. Sohn et al.
“Cuanto más masiva es una galaxia, más rápido se mueven sus cúmulos bajo la fuerza de su gravedad”, explica N. Wyn Evans (Universidad de Cambridge, Reino Unido). “La mayoría de las mediciones anteriores han encontrado la velocidad a la que un grupo se acerca o retrocede de la Tierra, que es la velocidad a lo largo de nuestra línea de visión. Sin embargo, también pudimos medir el movimiento lateral de los cúmulos, a partir de los cuales se puede calcular la velocidad total y, en consecuencia, la masa galáctica “. [2]
El grupo usó la segunda publicación de datos de Gaia como base para su estudio. Gaia fue diseñada para crear un mapa tridimensional preciso de objetos astronómicos a lo largo de la Vía Láctea y para rastrear sus movimientos. Su segundo lanzamiento de datos incluye mediciones de cúmulos globulares hasta 65 000 años luz de la Tierra.
“Los cúmulos globulares se extienden a una gran distancia, por lo que son considerados los mejores marcadores que los astrónomos usan para medir la masa de nuestra galaxia”, dijo Tony Sohn (Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, EE. UU.), Quien dirigió las mediciones del Hubble.
El equipo combinó estos datos con la sensibilidad incomparable y el legado observaciónal del Hubble. Las observaciones del Hubble permitieron que se agregaran al estudio cúmulos globulares débiles y distantes, hasta 130 000 años luz de la Tierra. Como Hubble ha estado observando algunos de estos objetos durante una década, también fue posible realizar un seguimiento preciso de las velocidades de estos grupos.
“Tuvimos la suerte de tener una gran combinación de datos”, explicó Roeland P. van der Marel (Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, EE. UU.). “Al combinar las mediciones de Gaia de 34 cúmulos globulares con mediciones de 12 cúmulos más distantes provenientes del Hubble, podríamos determinar la masa de la Vía Láctea de una manera que sería imposible sin estos dos telescopios espaciales”.
Hasta ahora, no conocer la masa precisa de la Vía Láctea ha presentado un problema para los intentos de responder muchas preguntas cosmológicas. El contenido de materia oscura de una galaxia y su distribución están intrínsecamente vinculados a la formación y el crecimiento de estructuras en el Universo. Determinar con precisión la masa de la Vía Láctea nos da una comprensión más clara de dónde se encuentra nuestra galaxia en un contexto cosmológico.
Notas
[1] Los cúmulos globulares se formaron antes de la construcción del disco espiral de la Vía Láctea, donde se formaron nuestro Sol y el Sistema Solar. Debido a sus grandes distancias, los cúmulos de estrellas globulares permiten a los astrónomos rastrear la masa de la vasta envoltura de materia oscura que rodea nuestra galaxia más allá del disco espiral.
[2] La velocidad total de un objeto se compone de tres movimientos: un movimiento radial más dos que definen los movimientos laterales. Sin embargo, en astronomía, la mayoría de las veces, solo las velocidades de línea de visión están disponibles. Con un solo componente de la velocidad disponible, las masas estimadas dependen en gran medida de las suposiciones para los movimientos laterales. Por lo tanto, la medición de los movimientos laterales reduce de manera significativa el tamaño de las barras de error para la masa.
Más información
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.
El satélite Gaia de la ESA se lanzó en 2013 para crear el mapa tridimensional más preciso de más de mil millones de estrellas en la Vía Láctea. La misión ha publicado dos lotes de datos hasta el momento: Gaia Data Release 1 en 2016 y Gaia Data Release 2 en 2018. Más lanzamientos seguirán en los próximos años.
El estudio se presentó en el documento “Evidencia para una vía láctea de masa intermedia de Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions” , que se publicará en The Astrophysical Journal .
El equipo internacional de astrónomos en este estudio está formado por Laura L. Watkins (Observatorio Europeo Austral, Alemania), Roeland P. van der Marel (Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, EE. UU., Y Centro de Ciencias Astrofísicas de la Universidad Johns Hopkins, EE. UU.), Sangmo T Sohn (Space Telescope Science Institute, EE. UU.) Y N. Wyn Evans (Universidad de Cambridge, Reino Unido).
Links
Fuente del artículo: ESA / Hubble Space Telescope.
Artículo original: “Hubble & Gaia accurately weigh the Milky Way“ESA / Hubble, heic 1905 Science Release. March 7, 2019.
Material relacionado:
Los siguientes artículos en el orden que están presentados, pretenden dar una idea de los intentos de medir la masa de la Vïa Láctea, los diferentes métodos utilizados, sus limitaciones y cómo el advenimiento de las misiones espaciales enfocadas en la Astrometría de estrellas, cúmulos globulares, estrellas en galaxias satélite hasta llegar a la actual misión Gaia, han permitido mejorar dramáticamente nuestra estimación de ella.
EL siguiente artículo presenta los métodos que se utilizan y han sido utilizados para medirla. Entre ellos uno basado en la estimación del movimineto de los masers, regiones de formación estelar en la galaxia que emiten microondas, que arrojó un resultado de unas 3 billones de masas solares:
How do you weigh the Milky Way? by Rachel Courtland New Scientist, January 20, 2009.
Un método utilizado para medir la masa de la Galaxia (cuando hablamos de masa nos referimos a la de todas las estrellas visibles , el gas y polvo interestelar y también la Materia Oscura) es observar las estrellas con hipervelocidad, cuyas trayectorias y velocidades radiales darán como resultado su salida permanente de la galaxia, es decir estrellas capaces de escapar del pozo gravitatorio de la Vía Láctea. Este método permite poner un límite superior a la masa total de la Vía Láctea de 1.2 a 1.9 billones de masas solres:
Weighing the Milky Way Galaxy. Astronomy for Change. October 11, 2017.
EL siguiente artículo refiere a un estudio que es el primero en combinar los movimientos tridimensionales completos observados de varias de las galaxias satélites de la Vía Láctea con extensas simulaciones por computadora para obtener una estimación de alta precisión de la masa de nuestra galaxia, que dio un valor de 0.96 billones de masas solares:
How Do You Weigh a Galaxy? Especially the One You’re In? By Daniel Stolte, Arizona University. June 6, 2018.
Utilizando las posiciones y velocidades de los cúmulos globulares, cuyas órbitas se rigen por la gravedad de la Vía Láctea, incluso cuando los datos están incompletos, pero entonces incorporando también las incertidumbres de medición, el análisis bayesiano jerárquico resultante proporciona un rango de masa de (4.96–5.76) × 10 11 M ⊙ a 125 kiloparsecs, cantidades que expresadas en billones (1012) son (0.496 – 0.576) billones de masas solares.
Milky Way galaxy: Statistical weigh-in. By May Chiao. Nature Astronomy volume1, Article number: 0051 (2017). Published: February 2, 2017.
Finalmente, una estimación de la masa de gas contenida en el halo de nuestra galaxia, realizada a partir de la medida de la densidad de la cola de gas que deja atrás la Gran Nube de Magallanes al atravesarlo, se encuentra en: (para ver la figura del artículo ir a la versión en Inglés)
Hallada (una parte de) la masa faltante de la Vía Láctea. Por el Dr. Ken Croswell. Scientific American en Español. Septiembre 21, 2015.
Midiendo la masa de galaxias lejanas
Para el estudiante: Presentamos una actividad para el estudiante, que consiste en medir la masa de una galaxia espiral lejana, vista de canto, usando el mismo procedimiento seguido por los astrónomos: solo unas pocas medidas y el conocimiento de unas pocas leyes fundamentales de la Física, hacen posible “pesar” los objetos más grandes y distantes del Universo, a pesar de la imposibilidad de hacer medidas directas y del hecho que la única información que disponemos deriva de unos pocos fotones que han viajado decenas y decenas de millones de años:
How to “weigh” a distant galaxy. By Alessandra Zanazzi and Marilena Spavone Città della Scienza, Naples (Italy) (with a contribution by Università di Napoli Federico II). EU-HOU: Hands-On Universe, Europe.
Materia Oscura.
El componente principal de la masa de una galaxia es su Materia Oscura, descubierto por la Dra. Vera Rubin al analizar las curvas de velocidades de rotación de las galaxias espirales. En los siguientes artículos, ella nos presenta el tema:
Dark Matter in Spiral Galaxies. Vera Rubin. Scientific American. June 1983.
How one person discovered the majority of the Universe – The work of Vera Rubin. By Zephyr Penoyre. astrobites, Dec 27, 2016.
Dark Matter in the Universe. Vera Rubin . Scientific American. 1998.
Por más información sobre Materia Oscura, visitar el artículo:
Una galaxia desprovista de materia oscura desconcierta a los astrónomos. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Marzo 31, 2018.
El descubrimiento de una segunda galaxia deficiente en materia oscura por van Dokkum et al. ha provocado que el debate sobre las galaxias que carecen de materia oscura resurja, como lo muestra el siguiente artículo:
Where Did All the Dark Matter Go? by Tomer Yavetz. astrobites. Jan 30, 2019.
Sobre estrellas con Hyper Velocidad:
Producing Runaway Stars. By Susanna Kohler. AAS Nova. June 27, 2016.
Cúmulos Globulares y Galaxias Satélites de la Vía Láctea:
Nuestra galaxia es anfitriona de un número de compañeros, que están ligados gravitacionalmente a ella y que son sistemas estelares por derecho propio. Ellos incluyen una población de cerca de 150 Cúmulos Globulares y unas 30 Galaxias Enanas satélites, según lo explica el siguiente artículo que además contiene un link a una aplicación interactiva en 3D de la Vía Láctea, su sistema de cúmulos globulares y sus galaxias satélites enanas:
Globular Clusters & Satellites Galaxies, Companions of the Milky Way. Duncan A. Forbes , Lee Spitler,(Swinburne University, Australia), and Pavel Kroupa and Manuel Metz(Bonn University, Germany). Mercury. Spring 2009.
