Las galaxias súper espirales giran más rápido de lo esperado.
La materia oscura tira de las galaxias espirales más masivas para romper las velocidades.
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| Mosaico de súper galaxias espirales. |
Probablemente nunca lo hayas notado, pero nuestro sistema solar se está moviendo a toda velocidad. Las estrellas en los confines de la Vía Láctea, incluido nuestro Sol, orbitan a una velocidad promedio de 130 millas por segundo (210 kilómetros por segundo). Pero eso no es nada en comparación con las galaxias espirales más masivas. Las "súper espirales", que son más grandes, más brillantes y más masivas que la Vía Láctea, giran aún más rápido de lo esperado para su masa, a velocidades de hasta 350 millas por segundo (570 kilómetros por segundo).
Su giro rápido es el resultado de sentarse dentro de una nube extraordinariamente masiva, o halo, de materia oscura, materia invisible detectable solo a través de su gravedad. La "súper espiral" más grande estudiada aquí reside en un halo de materia oscura que pesa al menos 40 billones de veces la masa de nuestro Sol. La existencia de súper espirales proporciona más evidencia de que una teoría alternativa de la gravedad conocida como Dinámica Newtoniana Modificada, o MOND, es incorrecta.
Cuando se trata de galaxias, ¿cuánto de rápido es rápido? La Vía Láctea, una galaxia espiral promedio, gira a una velocidad de 130 millas por segundo (210 km/seg) en el vecindario de nuestro Sol. Una nueva investigación ha encontrado que las galaxias espirales más masivas giran más rápido de lo esperado. Estas "súper espirales", las más grandes de las cuales pesan aproximadamente 20 veces más que nuestra Vía Láctea, giran a una velocidad de hasta 350 millas por segundo (570 km/seg).
Las súper espirales son galaxias excepcionales en casi todos los sentidos. Además de ser mucho más masivas que la Vía Láctea, también son más brillantes y de mayor tamaño físico. El lapso más grande de 450.000 años luz en comparación con el diámetro de 100.000 años luz de la Vía Láctea. Hasta la fecha solo se conocen unas 100 súper espirales. Las súper espirales se descubrieron como una nueva clase importante de galaxias al estudiar los datos del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), así como la Base de datos extragaláctica (NED) de la NASA/IPAC.
"Las súper espirales son extremas en muchos aspectos", dice Patrick Ogle, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. "Rompen los récords de velocidad de rotación".
Ogle es el primer autor de un artículo que se publicó el 10 de octubre de 2019 en Astrophysical Journal Letters, enlace artículo. El documento presenta nuevos datos sobre las tasas de rotación de súper espirales recolectadas con el Gran Telescopio del Sur de África (SALT), el telescopio óptico único más grande del hemisferio sur. Se obtuvieron datos adicionales utilizando el telescopio Hale de 5 metros del Observatorio Palomar, operado por el Instituto de Tecnología de California. Los datos de la misión WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA fueron cruciales para medir las masas de galaxias en las estrellas y las tasas de formación de estrellas.
Refiriéndose al nuevo estudio, Tom Jarrett, de la Universidad de Ciudad del Cabo, Sudáfrica, dice: "Este trabajo ilustra maravillosamente la poderosa sinergia entre las observaciones ópticas e infrarrojas de las galaxias, revelando movimientos estelares con SDSS y espectroscopía SALT, y otras propiedades estelares, especialmente la masa estelar o 'columna vertebral' de las galaxias anfitrionas, a través de las imágenes WISE de infrarrojo medio ".
La teoría sugiere que las súper espirales giran rápidamente porque están ubicadas dentro de nubes increíblemente grandes, o halos, de materia oscura. La materia oscura se ha relacionado con la rotación de galaxias durante décadas. La astrónoma Vera Rubin fue pionera en el trabajo sobre las tasas de rotación de galaxias, mostrando que las galaxias espirales giran más rápido que si su gravedad se debiera únicamente a las estrellas y al gas constituyente. Una sustancia invisible adicional conocida como materia oscura debe influir en la rotación de galaxias. Se espera que una galaxia espiral de una masa dada en estrellas gire a cierta velocidad. El equipo de Ogle encuentra que las súper espirales superan significativamente la tasa de rotación esperada.
Las súper espirales también residen en halos de materia oscura más grandes que el promedio. El halo más masivo que Ogle midió contiene suficiente materia oscura para pesar al menos 40 billones de veces más que nuestro Sol. Esa cantidad de materia oscura normalmente contendría un grupo de galaxias en lugar de una sola galaxia.
"Parece que el giro de una galaxia se establece por la masa de su halo de materia oscura", explica Ogle.
El hecho de que las súper espirales rompan la relación habitual entre la masa de galaxias en las estrellas y la velocidad de rotación es una nueva evidencia contra una teoría alternativa de la gravedad conocida como Dinámica Newtoniana Modificada, o MOND. MOND propone que en las escalas más grandes, como las galaxias y los cúmulos de galaxias, la gravedad es ligeramente más fuerte de lo que predecirían Newton o Einstein. Esto provocaría que las regiones externas de una galaxia espiral, por ejemplo, giren más rápido de lo esperado de acuerdo con su masa en las estrellas. MOND está diseñado para reproducir la relación estándar en las tasas de rotación en espiral, por lo tanto, no puede explicar valores atípicos como las súper espirales. Las observaciones en súper espiral sugieren que no se requiere una dinámica no newtoniana.
A pesar de ser las galaxias espirales más masivas del universo, las súper espirales en realidad tienen un peso inferior al de las estrellas en comparación con lo que se esperaría por la cantidad de materia oscura que contienen. Esto sugiere que la gran cantidad de materia oscura inhibe la formación de estrellas. Hay dos causas posibles: 1) Cualquier gas adicional que ingrese a la galaxia se estrella y se calienta, evitando que se enfríe y formando estrellas, o 2) El rápido giro de la galaxia hace que sea más difícil que las nubes de gas colapsen La influencia de la fuerza centrífuga.
"Esta es la primera vez que encontramos galaxias espirales que son tan grandes como pueden llegar a ser", dice Ogle.
A pesar de estas influencias disruptivas, las súper espirales aún pueden formar estrellas. Aunque las galaxias elípticas más grandes formaron todas o la mayoría de sus estrellas hace más de 10 mil millones de años, las súper espirales todavía están formando estrellas en la actualidad. Convierten aproximadamente 30 veces la masa del Sol en estrellas cada año, lo cual es normal para una galaxia de ese tamaño. En comparación, nuestra Vía Láctea forma aproximadamente una masa solar de estrellas por año.
Ogle y su equipo han propuesto observaciones adicionales para ayudar a responder preguntas clave sobre súper espirales, incluidas observaciones diseñadas para estudiar mejor el movimiento del gas y las estrellas dentro de sus discos. Después de su lanzamiento en 2021, el telescopio espacial James Webb de la NASA podría estudiar súper espirales a mayores distancias y, en consecuencia, a edades más tempranas para aprender cómo evolucionan con el tiempo. Y la misión WFIRST de la NASA puede ayudar a localizar más súper espirales, que son extremadamente raros, gracias a su gran campo de visión.
El Space Telescope Science Institute está expandiendo las fronteras de la astronomía espacial al albergar el centro de operaciones científicas del Hubble Space Telescope, el centro de ciencias y operaciones del James Webb Space Telescope y el centro de operaciones científicas para el futuro Wide Field Infrared Survey Telescope ( WFIRST). STScI también alberga el Archivo Mikulski para telescopios espaciales (MAST), que es un proyecto financiado por la NASA para apoyar y proporcionar a la comunidad astronómica una variedad de archivos de datos astronómicos, y es el depósito de datos para las misiones Hubble, Webb, Kepler, K2, TESS y más.
Contacto.
Christine Pulliam
Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
410-338-4366
Enlaces relacionados.
• Publicado el 17 de octubre del 2019, enlace publicación.
Mosaico de súper galaxias con anotaciones.
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| Mosaico de súper galaxias espirales con anotaciones. |
La fila superior de este mosaico presenta imágenes de Hubble de tres galaxias espirales, cada una de las cuales pesa varias veces más que la Vía Láctea. La fila inferior muestra tres galaxias espirales aún más masivas que califican como "súper espirales", que fueron observadas por el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) en tierra. Las súper espirales suelen tener de 10 a 20 veces la masa de la Vía Láctea. La galaxia en la parte inferior derecha, 2MFGC 08638, es la súper espiral más masiva conocida hasta la fecha, con un halo de materia oscura que pesa al menos 40 billones de soles.
Los astrónomos han medido las tasas de rotación en los alcances exteriores de estas espirales para determinar cuánta materia oscura contienen. Descubrieron que las súper espirales tienden a girar mucho más rápido de lo esperado para sus masas estelares, lo que las hace atípicas. Su velocidad puede deberse a la influencia de un halo de materia oscura circundante, el mayor de los cuales contiene la masa de al menos 40 billones de soles.
Notas.
HST ACS - Telescopio Espacial Hubble (HST) - Cámara Avanzada para Sondeos (ACS / Advance Camera for Surveys).
HST FWC3 - Telescopio Espacial Hubble (HST) - Cámara de Campo Ancho 3 (WFC3 / Wield Field Camera 3).
SDSS - Sloan Digirtal Sky Survive.
Crédito:
Fila superior: NASA, ESA, P. Ogle y J. DePasquale (STScI).
Fila inferior: SDSS, P. Ogle y J. DePasquale (STScI)
• Publicado el 17 de octubre del 2019, enlace imagen.
