El corazón de la galaxia solitaria está lleno de materia oscura.
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| Se ha encontrado que una galaxia que ha estado aislada durante miles de millones de años tiene más materia oscura en su núcleo de lo esperado. Al analizar los datos de rayos X de Chandra, los astrónomos podrían mapear la temperatura y la distribución de la materia en la galaxia. Este estudio permite a los científicos rastrear la evolución de galaxias como Markarian 1216 a lo largo de miles de millones de años. Los estudios futuros de esta galaxia pueden brindar la oportunidad de probar ideas sobre la naturaleza de la materia oscura. Crédito: Rayos X: NASA / CXC / Univ. de CA Irvine / D. Buote; Óptico: NASA / STScI. |
Aislada durante miles de millones de años, los astrónomos han identificado una galaxia con más materia oscura dentro de su núcleo que la esperada, utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA.
La galaxia, conocida como Markarian 1216 (abreviada como Mrk 1216), contiene estrellas que se encuentran dentro del 10% de la edad del universo, es decir, casi tan antiguas como el universo mismo. Los científicos han descubierto que ha pasado por una evolución diferente a las galaxias típicas, tanto en términos de sus estrellas como de la materia oscura invisible que, a través de la gravedad, mantiene unida a la galaxia. La materia oscura representa aproximadamente el 85% de la materia en el universo, aunque solo ha sido detectada indirectamente.
Mrk 1216 pertenece a una familia de galaxias con forma elíptica que están más densamente llenas de estrellas en sus centros que la mayoría de las demás galaxias. Los astrónomos creen que han descendido de galaxias compactas, de color rojizo, llamadas "pepitas rojas", que se formaron aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, pero luego se estancaron en su crecimiento hace unos 10 mil millones de años.
Si esta explicación es correcta, entonces la materia oscura de la Marca 1216 y sus primos galácticos también deben estar bien empaquetados. Para probar esta idea por primera vez, un par de astrónomos estudiaron el brillo de rayos X y la temperatura del gas caliente a diferentes distancias del centro de Mrk 1216, para que pudieran "pesar" la cantidad de materia oscura que existe en el centro de la galaxia.
"Cuando comparamos los datos de Chandra con nuestros modelos de computadora, encontramos que se requería una concentración mucho mayor de materia oscura que la que encontramos en otras galaxias de masa total similar", dijo David Buote, de la Universidad de California en Irvine. "Esto nos dice que la historia de Mrk 1216 es muy diferente de la galaxia típica. Esencialmente, todas sus estrellas y materia oscura se ensamblaron hace mucho tiempo con poco agregado en los últimos 10 mil millones de años".
Según el nuevo estudio, un halo, o esfera borrosa, de materia oscura se formó alrededor del centro de Mrk 1216 aproximadamente 3 o 4 mil millones de años después del Big Bang. Se espera que este halo se extienda sobre una región más grande que las estrellas en la galaxia. La formación de una galaxia de pepita roja de este tipo era típica de una amplia gama de galaxias elípticas vistas hoy. Sin embargo, a diferencia de Mrk 1216, la mayoría de las galaxias elípticas gigantes continuaron creciendo gradualmente en tamaño cuando las galaxias más pequeñas se fusionaron con ellas durante el tiempo cósmico.
"Las edades antiguas y la densa concentración de las estrellas en galaxias elípticas compactas como Mrk 1216 se vieron relativamente cerca, siempre que la evidencia clave de que son los descendientes de las pepitas rojas se ve a grandes distancias", dijo el coautor Aaron Barth, también del Universidad de California en Irvine. "Creemos que el tamaño compacto del halo de materia oscura que se ve aquí resuelve el caso".
Anteriormente, los astrónomos estimaban que el agujero negro supermasivo en Mrk 1216 es más masivo de lo esperado para una galaxia de su masa. Este último estudio, sin embargo, concluyó que es probable que el agujero negro pese menos de unas 4 mil millones de veces la masa del Sol. Eso suena a mucho, pero puede que no sea inusualmente masivo para una galaxia tan grande como Mrk 1216.
Los autores también buscaron signos de arrebatos del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. Vieron indicios de cavidades en el gas caliente similares a los observados en otras galaxias masivas y en grupos de galaxias como Perseus, pero se necesitan más datos para confirmar su presencia.
Los datos de Mrk 1216 también proporcionan información útil sobre la materia oscura. Debido a que la materia oscura nunca se ha observado directamente, algunos científicos cuestionan si existe. En el estudio, Buote y Barth interpretaron los datos de Chandra utilizando modelos estándar de gravedad "newtonianos" y una teoría alternativa conocida como dinámica newtoniana modificada, o "MOND" diseñada para eliminar la necesidad de materia oscura en galaxias típicas. Los resultados mostraron que ambas teorías de la gravedad requerían aproximadamente la misma cantidad extraordinaria de materia oscura en el centro de Mrk 1216, eliminando efectivamente la necesidad de la explicación MOND.
"En el futuro, esperamos ir un paso más allá y estudiar la naturaleza de la materia oscura", dijo Buote. "La densa acumulación de materia oscura en el centro de Mrk 1216 puede proporcionar una prueba interesante para las teorías no estándar que predicen la materia oscura menos concentrada centralmente, como las partículas de materia oscura que interactúan entre sí por un medio adicional distinto a la gravedad. "
Un artículo que describe estos resultados apareció en la edición del 1 de junio de 2019 de The Astrophysical Journal y está disponible en línea. El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsoniano en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.
Otros materiales sobre los hallazgos están disponibles en:
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Contactos de medios:
Megan Watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts.
617-496-7998
• Comunicado de prensa del 3 de junio del 2.019, enlace.
