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Published On: Mie, Feb 8th, 2017

¿Por qué creen la mayoría de los astrónomos en la materia oscura?

Porque aunque se desconozca su composición, parece conformar el 80% de la masa de las galaxias.

El concepto fue inventado por Fritz Zwicky en los años treinta para explicar por qué las galaxias en el cúmulo de Coma se movían mucho más rápido de lo que se podía explicar según sus masas observadas.

En los setenta, el paso más significativo lo dio la astrónoma Vera Rubin, quien demostró que las galaxias rotan mucho más rápido de lo esperado en sus zonas externas al combinar las masas de sus estrellas, gas y polvo, y la ley de la gravedad de Newton o Einstein. Desde entonces, la comunidad astrofísica ha tomado por válido que las galaxias están rodeadas por un halo de esa materia oscura que no se ve pero que domina sus campos de gravedad. Sin embargo, nadie ha podido identificar qué la constituye, a pesar de los esfuerzos de la Física de partículas para explicarla. Eso ha estimulado a idear nuevos experimentos. Uno de ellos, se propuso hace unos 20 años y predecía que los halos deben frenar la rotación de las barras de las galaxias. Si giran lentamente sería una prueba consistente de la existencia de los halos, pero si lo hacen rápido, echaría dudas sobre su existencia y, por tanto, sobre el modelo estándar de la cosmología moderna.

En las galaxias espirales, las estrellas de la barra rotan normalmente más rápido que las de sus brazos debido a la fuerza gravitatoria. Alrededor del núcleo galáctico, existe el denominado “círculo de corrotación”, puntos equidistantes al centro de la galaxia donde las estrellas de la barra y las del resto del disco rotan a la misma velocidad. Todos esos puntos forman el círculo, y la distancia entre ellos y el núcleo es el “radio de corrotación”, que pudieron hallar gracias a observaciones realizadas. A partir de ahí, idearon una manera cuantitativa para discernir la velocidad de rotación de las barras. Si la barra se ralentiza, el punto iría desplazándose paulatinamente hacia fuera en el disco. La predicción afirmaba que si el radio de corrotación se localizaba a una distancia del centro galáctico mayor que 1,4 veces la longitud de la propia barra, sería una evidencia de que la barra se habría frenado por el halo de materia oscura alrededor de la galaxia.

No es sencillo estimar el radio de corrotación. Durante la última década se han medido docenas de galaxias y los valores obtenidos al dividir el radio de corrotación entre la longitud de la barra fueron casi todos inferiores a 1,4. Tales resultados pusieron en duda la realidad de los halos de materia oscura y parecían amenazar la hipótesis de su existencia. Sin embargo, un equipo del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha publicado recientemente un artículo en Astrophysical Journal que demuestra que las barras en las galaxias giran mucho más despacio de lo que se había deducido en observaciones previas.

Para ello, lo primero que hicieron fue aplicar un método preciso y novedoso que habían desarrollado parar estimar los radios de corrotación de más de 100 galaxias. Después, volvieron a medir minuciosamente las longitudes de las barras y calcularon la razón entre ambas. La mayoría de los valores obtenidos fueron inferiores a 1,4, pero su método les permitía llegar aún las lejos. Dividieron la velocidad de rotación de la barra y la velocidad de rotación del disco y hallaron que muchas de las barras, sobre todo las más largas, giran bastante despacio si tomaban la velocidad del disco galáctico como unidad base. Algo muy difícil de explicar y que contradecía las predicciones, sobre todo porque esas galaxias tenían ratios bastante menores que 1,4, algunas próximas a 1.

El equipo científico buscó una explicación. “La única viable –explica Joan Font, investigador del IAC y primer autor del artículo- fue que quizás las barras han ido alargándose durante su vida a la vez que se frenaban. Por tanto, la razón entre el “radio de corrotación” y la longitud de la barra no ha aumentado aunque el halo de materia oscura las esté frenando”. Joan Font y John Beckman, también investigador del IAC y coautor del artículo, decidieron implementar una serie de simulaciones para ver si esa idea podía funcionar. Contaron con la ayuda de la investigadora del IAC Inmaculada Martínez, que ya había producido modelos de comportamiento de las barras durante la evolución de las galaxias y sabía que las mismas tienden a crecer al incorporar estrellas del disco. “Cuando usé un modelo para averiguar cómo el halo de materia oscura puede afectar a la barra –comenta esta astrofísica- vi que la razón podía ser menor que 1,4, incluso aunque la barra estuviera siendo frenada por el halo”.

La combinación de estos modelos con las observaciones han “rescatado” la materia oscura en los halos galácticos, ya que simulaciones anteriores parecían negar su efecto generando controversia en el mundo de la Astrofísica. “Ahora –apunta John Beckman- hemos demostrado que esto se debe a unas simulaciones inadecuadas que se habían dado por buenas. La realidad es que las barras que rotan rápidamente lo hacen bastante despacio en la práctica”.

Referencia bibliográfica
Kinematic clues to bar evolution for galaxies in the local universe: why the fastest rotating bars are rotating most slowly, por J.Font et al. The Astrophysical Journal, Volume 835, Number 2. http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/835/2/279/meta;jsessionid=007BCA3FF3E8F70B37B1D4AF04079FE0.ip-10-40-1-105

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