Las propiedades y el comportamiento de la materia oscura, el “pegamento” oculto del universo, son un misterio. Aunque las galaxias están compuestas principalmente de materia oscura, comprender cómo se distribuye dentro de las galaxias proporciona pistas sobre qué es esta materia y cómo se relaciona con la evolución de las galaxias.
Si bien las simulaciones por computadora sugieren que la materia oscura debería acumularse en el centro de la galaxia, conocida como copa de densidad, muchas observaciones anteriores con telescopios han indicado que está distribuida de manera más uniforme por toda la galaxia. La razón de esta tensión entre el modelo y la observación desconcierta a los astrónomos, lo que refuerza el misterio de la materia oscura.
Un equipo de astrónomos recurrió al Telescopio Espacial Hubble de la NASA para aclarar el debate midiendo los movimientos de las estrellas dentro de la galaxia enana Draco, un sistema ubicado a unos 250.000 años luz de la Tierra. Utilizando observaciones que abarcaron 18 años, pudieron crear la comprensión tridimensional más precisa de los movimientos de las estrellas dentro de la galaxia cada vez más pequeña. Esto requirió casi dos décadas de observaciones de archivo del Hubble de la galaxia Draco.
“Nuestros modelos tienden a tener una estructura en forma de cúspide, lo que es consistente con los modelos cosmológicos”, dijo Eduardo Viterle del Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore y autor principal del estudio. “Aunque no podemos decir con certeza que todas las galaxias tengan una distribución de materia oscura, es emocionante tener datos tan bien medidos que superen todo lo que tenemos antes”.
Trazando el movimiento de las estrellas.
Para aprender sobre la materia oscura dentro de una galaxia, los científicos pueden observar sus estrellas y sus movimientos, que son atraídos por la materia oscura. Una forma común de medir la velocidad de los objetos que se mueven en el espacio es 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. Si bien esta velocidad de visión puede proporcionar información valiosa, hay mucho que se puede ganar con 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 visión con los movimientos adecuados, el equipo creó un análisis sin precedentes de los movimientos 3D de las estrellas.
“La mejora de los datos y la mejora de los modelos suelen ir de la mano”, explicó Roland van der Mareel, del STSCI, coautor del artículo que inició el estudio hace más de 10 años. “Si no tienes datos muy sofisticados o solo datos unidimensionales, a menudo pueden encajar modelos relativamente sencillos. Cuantas más dimensiones y datos recopiles, más difícil será para tus modelos capturar realmente todos los matices”. los datos deben serlo.”
Un maratón científico (no un sprint)
Como se sabe que las galaxias enanas tienen una mayor proporción de contenido de materia oscura que otros tipos de galaxias, el equipo se basó en la galaxia enana Draco, un satélite cercano relativamente pequeño y globular de la Vía Láctea.
“Al medir los movimientos propios, se anota la posición de una estrella en una época y luego se mide la posición de la misma estrella varios años después. Se mide el desplazamiento para determinar cuánto se ha movido”, explica Sangmo Tony Sohn de STScI. . – Autor del artículo e investigador principal del último programa de observación. “Para este tipo de observación, cuanto más se espere, mejor se podrá medir la transición de las estrellas”.
El equipo analizó una serie de puestos que abarcan desde 2004 hasta 2022, una base amplia que sólo el Hubble puede ofrecer, debido a la combinación de su visión rápida y estable y su tiempo récord en funcionamiento. El rico archivo de datos del telescopio ayudó a reducir el nivel de incertidumbre al medir los movimientos adecuados de las estrellas. La precisión equivale a medir un desplazamiento anual de un poco menos que el ancho de una pelota de golf vista desde la Tierra a la Luna.
Con datos tridimensionales, el equipo redujo el número de suposiciones aplicadas en estudios anteriores y consideró propiedades específicas de la galaxia, como su rotación y la distribución de sus estrellas y materia oscura, en sus esfuerzos de modelado.
Un futuro apasionante
Los métodos 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 e implica colaborar con varias 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 extensiones del cielo.
“Este tipo de estudios es una inversión a largo plazo y requiere mucha paciencia”, reflexiona Vitral. “Podemos hacer esta ciencia gracias a toda la planificación que se ha realizado a lo largo de los años para recopilar estos datos. Los conocimientos que hemos recopilado son el resultado de un gran grupo de investigadores. ¿Quién ha estado trabajando en estas cosas durante años.”
Estos resultados han sido aceptados para su publicación. La revista astrofísica.
El Telescopio Espacial Hubble ha estado en funcionamiento durante tres décadas y continúa realizando descubrimientos innovadores que dan forma a nuestra comprensión fundamental del universo. Hubble es un proyecto de colaboración internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, gestiona el telescopio y las operaciones de la misión. Lockheed Martin Space, con sede en Denver, Colorado, también apoya las operaciones de la misión en Goddard. El Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, lleva a cabo operaciones científicas del Hubble para la NASA.
