Archivo de la etiqueta: Estructuras galácticas

Energía obscura y materia obscura en una sola teoría.

La energía obscura y la materia obscura sólo comparten el calificativo.
Eso se debe a que aún se desconoce la naturaleza de ambas.
La materia obscura es la que se encarga de mantener unidas las estructuras galácticas. Por ejemplo: las estrellas más alejadas del centro galáctico se mueven más rápido de lo esperado por lo que deberían escapar. Así, las regiones externas deberían desmenuzarse. Sin embargo, es la materia obscura la que gravitacionalmente las mantiene en la galaxia.
No interactúa de otra manera con la materia ordinaria por lo que no puede detectársela de otra manera que la gravitatoria.

La energía obscura, es la que se encarga de hacer que la expansión del Universo sea cada vez mayor. Es el trabajo encargado de acelerar el alejamiento de las galaxias lejanas.
Si bien se la considera parte inherente del tramado espacio-tiempo, su naturaleza aún se estudia.

Para diciembre del 2018, se desarrolló un modelo que pretende explicar la naturaleza de ambas y más; las vincula como que tienen al mismo origen.
Recordemos que un modelo explicativo del comportamiento de un sistema, no necesariamente debe tener el mismo aspecto o apariencia física que ese sistema.
Por ejemplo: El modelo atómico de Bohr dado por un núcleo formado por protones y neutrones rodeado de electrones, es eso, un modelo que explica el comportamiento del átomo. Ahora, nadie vio un átomo para saber si es así o no… y no importa, el modelo sirve, explica y predice fielmente su comportamiento.

El modelo que trata de explicar a la materia y energía obscuras, se basa en un tipo de materia con una propiedad muy particular; es una materia “negativa”.
Si la materia es una forma de energía, y hay energías negativas como por ejemplo la potencial gravitatoria y los trabajos hechos en contra de una fuerza, bien, a alguien se le ocurrió que podría haber materia negativa.
No es la primera vez que se habla de materia negativa.
Se pueden modelar burbujas de aire en agua a través de materia negativa.

1

Imagen crédito:  Mike Lewinski/Flickr, CC BY-ND

De hecho, hay modelos de materia negativa que explican el comportamiento de ciertas partículas halladas en experimentos de la laboratorio.

Para que este tipo de materia exista, habría que retocar otras teorías para que permitan su aparición en el Universo.
Esta materia tendría una propiedad repulsiva con la materia “positiva”.
Así, a gran escala, aceleraría por repulsión el alejamiento de los grandes sistemas galácticos. A escalas galácticas, los halos de materia obscura de las galaxias, se habrían formado de una manera similar a las burbujas de aire en el agua.

Video: Simulation of a Forming Dark Matter Halo.
This is a simulation from a scientific paper titled “A unifying theory of dark energy and dark matter: Negative masses and matter creation within a modified LambdaCDM framework” by Jamie Farnes.

Publicado el 21 nov. 2017

Las estrellas de las regiones externas de las galaxias no escaparían y podrían moverse más rápido de lo esperado, gracias a la repulsión que sienten desde afuera por parte de esta materia negativa. Dentro de la galaxia, la mayor cantidad de materia estaría dada por la materia ordinaria, por lo que la gravitación atractiva que todos conocemos sería la dominante.

Si bien no es mi especialidad, el único detalle que le encuentro a este modelo basado en materia negativa, es que su repulsión con la positiva no está de acuerdo con que la materia ordinaria se acumuló en los filamentos de materia obscura para formar las estructuras galaxias. Quizás este sea otro modelo a corregir.

Referencia:

Fuente:

  • A Unifying Theory of Dark Energy and Dark Matter: Negative Masses and Matter Creation within a Modified ΛCDM Framework, J. S. Farnes.
    (Submitted on 18 Dec 2017 (v1), last revised 26 Oct 2018 (this version, v2)).
    https://arxiv.org/abs/1712.07962

pdp.

Anuncios

El telescopio espacial James Webb podría confirmar la estructura de la materia obscura.

La elusiva materia obscura podría mostrar interacciones no gravitatorias con la materia ordinaria de los albores de Universo.

Esta materia es la que mantiene unida a las galaxias. En sus filamentos colapsó la materia ordinaria dando origen a las estructuras galácticas, las que son enjambres enormes de estrellas que conviven con materia ordinaria.

Video: The first stars turning on in the Universe.

Ethan Siegel
Publicado el 23 ene. 2015.
Animation / simulation by NASA’s Spitzer Space Telescope team of the formation of the first stars in the Universe.

Pero la materia obscura sólo interactúa con la ordinaria en forma gravitacional, de ahí su calificativo de obscura. Lamentablemente al menos hasta ahora no se observó ni detectó materia obscura que no sea por su acción gravitatoria.

Sabemos que los eventos ultralejanos, se dieron en el origen del Universo. También sabemos que la energía o radiación proveniente de esos eventos o de las fuentes involucradas, llega a nosotros “corrida” a longitudes de onda mucho mayores por un efecto relativístico. Así es como vigorosos eventos energéticos ultralejanos dados en longitudes de onda cortas, nos llegan en longitudes de onda mayores, en el infrarrojo, infrarrojo cercano y más allá; en luz donde nuestros telescopios no son sensibles.
Nos estamos perdiendo una ventana de observación.

El Universo es activo en la longitud de onda de 21 cm. observable con radiotelescopios. En esa longitud de onda el Hidrógeno emite naturalmente.
Las nubes de Hidrógeno lejanas, las primeras en darse en el Universo, envían esa actividad en 21 cm. la que nos llega corrida más aún hacia longitudes de onda mayores.
En observaciones del Universo joven realizadas en esas longitudes de onda, se detectó radiación estelar de cuando el Universo tenía apenas 180 millones de años de edad.
Aquí hay un enorme descubrimiento, las primeras estrellas ultralejanas.

Además, estas estrellas están interactuando con el Hidrógeno que las rodea. Analizando esos escenarios, se detectó que el Hidrógeno irradió en esa frecuencia entre los 180 millones y 260 millones de años de edad del Universo. Lo sorprendente es que estaba más frío de lo esperado.
Los modelos actuales (standard) no explican esa menor temperatura observada. Algo se está escapando en los modelos standard. Así, surge la idea de que ese proceso de enfriamiento se deba a interacciones del Hidrógeno primordial (materia ordinaria) con materia obscura.
De ser así, sería la primera evidencia de interacción entre ambos tipos de materia que no sea de manera gravitacional. Pero esto debe confirmarse con observaciones hechas en esa ventana que nos estamos perdiendo.

El telescopio espacial James Webb, aún en tierra, será sensible a las longitudes de onda del infrarrojo necesarias para obtener datos del Universo en esa ventana observacional que nos estamos perdiendo.
Luego, este instrumento podría llevar a otro gran descubrimiento: la interacción no gravitatoria entra la materia obscura y la ordinaria en los albores del Universo, lo que está relacionado con las partículas componentes de la materia obscura y sus propiedades.
Cha, cha, cha, chaaaaaaaannnn…. (continuará).

Referencia:

Fuente:

pdp.

El naciente coloso Hyperion

En el Universo, las grandes estructuras son jerárquicas, o sea que están formadas por otras menores.
Todas se forman por procesos similares aunque a diferentes escalas.
De las grandes nubes frías (moleculares) se forman las estrellas. Nacen por el colapso de esa nube en diferentes regiones, dando lugar a racimos de protoestrellas.
A media que maduran, van interactuando entre ellas. Esto genera un caos en el que unas precipitan sobre otras dando origen a objetos masivos. Las que no se fusionan con otras, pasan muy cerca de tal manera que se aceleran gravitacionalmente y pueden escapar de esa región. Así, unas estrellas abandonan el lugar de donde nacieron y otras quedan formando estructuras estelares o cúmulos.
Cuando todo se “relaja” el caos disminuye, las estrellas interactúan gravitacionalmente entre ellas sin expulsarse de lo que fue su lugar de nacimiento y el sistema está… formado.

Algo similar sucede con las estructuras galácticas.
La materia obscura (esa materia aún no observable que mantiene unidas a las grandes estructuras galácticas) colapsa en filamentos. En torno a ellos comienza a colapsar la materia ordinaria y comienzan a formarse las protogalaxias. Se da una situación caótica similar a la anterior. Unas se unen a otras mientras algunas son eyectadas del grupo. Así, cuando el sistema se relaja, quedan formadas las estructuras galácticas. En ellas, las galaxias interactúan, se asimilan, crecen y precipitan hacia el centro de sus estructuras. A su vez, esas estructuras pueden precipitar sobre la estructura mayor que las contiene, la que puede ser un hipercúmulo o muralla galáctica.

En nuestro caso, la Vía Láctea pertenece al cúmulo de galaxias conocido como Grupo Local. Éste pertenece al Supercúmulo de Virgo, al menos hasta septiembre del 2014.
Resultó que el Supercúmulo de Virgo está embebido en una estructura mayor bautizada como Laniakea la que sería digamos… un hipercúmulo. Tiene una extensión de 500 millones de años luz (AL) y 100 mil billones de masas como la del Sol (1017 ). En realidad, Laniakea es el verdadero supercúmulo, donde el de Virgo es un lóbulo inferior. (pdp, 05/sep,/2014, Laniakea, el cielo inconmensurable, https://paolera.wordpress.com/2014/09/05/laniakea-el-cielo-inconmensurable/), (Astronomía online, 07/09/2014, Cielo inconmensurable…, https://www.astronomiaonline.com/2014/09/crean-el-primer-mapa-detallado-del-supercumulo-laniakea-nuestro-lugar-en-el-universo/).

Ahora, se ha descubierto otra colosal estructura galáctica.
Bautizada como Hyperion, con una masa 5000 billones de masas Solares (5*1015) y un ancho como el de Laniakea. Se encuentra a 11 mil millones de AL de casa, casi el límite del Universo observable. Como la luz tarda ese tiempo en llegarnos, lo vemos como era hace ese tiempo. El Universo tiene unos 14 mil millones de años, por lo que Hyperion nos muestra su aspecto de cuando se formó unos 3 mil millones de años luego del Big Bang.

Video: The Hyperion Proto-Supercluster.

Subido el 16 oct. 2018.

Aún está en proceso de relajación, por lo que no terminó de formarse, luego, se trata de un proto-supercúmulo de galaxias. En su interior maduran protogalaxias y galaxias, en ellas por el proceso arriba explicado, maduran y brillan estrellas, y en torno a ellas, tal vez, casi seguro, madurarán sistemas planetarios, todo bajo el mismo proceso a diferentes escalas, donde la relajación es la meta.
Su observación nos enseñará cómo evolucionan estas estructuras, incluso como nació nuestra Laniakea.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Ley de Gravitación Modificada o Materia Obscura, las galaxias enanas deciden.

La existencia de la elusiva materia obscura (MO) aún no está definitivamente probada.
Recordemos que las estrellas más alejadas de los centros galácticos, se mueven más rápido que lo predicho por la teoría gravitatoria. O sea que deberían estar escapando, las partes externas de las galaxias deberían estar desarmándose.

Gráfico de la velociad de las estrellas en función de la distabncia al centro de las galaxias. El punteado indica lo esperado según la teoría de gravitación actual. La curva sólida indica lo observado – Crédito: STEFANIA.DELUCA OF WIKIMEDIA COMMONS.

Sin embargo eso no sucede.
Es como si hubiera una materia que mantiene gravitacionalmente las estrellas unidas a la galaxia. Una materia que no se observa, que no interactúa con la radiación estelar, pero actúa gravitacionalmente; esa es la llamada MO.
Se pensó que se trataba de nubes frías de Hidrógeno molecular y de difícil detección. Agujeros negros o incluso enanas negras (estrellas enanas blancas que agotaron por completo su capacidad de brillar incluso por contracción). Si es tan común, entonces la MO podría estar entre nosotros y hasta haber estrellas de MO. Pero nada de eso se ha probado. Ninguna partícula relacionada con esa materia se ha descubierto.

Pero también puede ser que ésta no exista.
En tal caso habría que modificar la teoría gravitatoria dando origen a una teoría gravitatoria modificada (TGM).

La respuesta está en las mismas galaxias.
La TGM debe ser Universal, o sea que debe cumplirse en toda galaxia del Universo.
A su vez, la MO, como la materia ordinaria, debe sentir la presión de radiación estelar, debe poder calentarse y sufrir el alejamiento que le imponen los vientos estelares de las estrellas vigorosamente activas y supernovas.

Si observamos galaxias idénticas en masa total y distribución de masa en función de la distancia al centro, podremos sacarnos la duda de si están gobernadas por gravedad (modificada o no) o por MO.
Si la cinemática de sus estrellas es idéntica, entonces están gobernadas por TGM Universal.
Si en cambio, eso no se observa, están dominadas por MO que fue redistribuida por los vientos estelares de las estrellas vigorosas y cataclísmicas.

Las galaxias enanas, ya sean irregulares y esferoidales son las mejores candidatas.
Se observaron 16 enanas, 8 irregulares y 8 esferoidales, entre ellas las galaxias esferoidales “gemelas” de Draco y de Carina.
Las observaciones arrojaron diferencias cinemáticas que sugieren la existencia dominante de MO.
Algunas galaxias tuvieron un brote estelar reciente y mostraron evidencias de poca MO cerca del sus centros; luego la MO fue alejada de esas regiones por el viento estelar de las estrellas nacientes. Otras, no mostraron una reciente formación estelar por lo que hay evidencias de MO cerca de sus centros; luego la MO tuvo tiempo de precipitar hacia el interior de las galaxias.

Así las cosas, las diferencias en la cinemática estelar observada en galaxias gemelas sugiere que la MO existe y no sería necesaria una TGM. No obstante hay que seguir observando para mejorar los resultados y por si se escapó algún detalle.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Fuentes ultraluminosas en rayos X en galaxias de anillo.

Entre las morfologías de galaxias, se encuentran las curiosas galaxias anulares o con anillo (Ring galaxies).
Esa estructura anular se forma luego de que una galaxia espiral haya sufrido un choque con otra. Al ser atravesada, se generan ondas concéntricas de propagación de la perturbación que comprime la materia, como cuando arrojamos una piedra a un estanque con agua provocando la propagación de ondas concéntricas en la superficie. En esos anillos, como en los brazos de las espirales, hay abundancia de estrellas jóvenes por darse allí condiciones favorables a la formación estelar.

A 300 millones de años luz de casa, se encuentra la galaxia AM 0644-741
 (https://es.wikipedia.org/wiki/AM_0644-741).

Ring Galaxy AM 0644-741

Imagen de AM 0644-741 crédito  X-ray: NASA/CXC/INAF/A. Wolter et al; Optical: NASA/STScI.

La imagen que acompaña, se trata de una composición de observaciones en diferentes longitudes de onda. Se aprecia una estructura anular (azulada) muy activa en altas frecuencias. En el centro se observa una estructura elíptica. Se piensa que esta galaxia supo ser una espiral que sufrió un encuentro “frontal” con otra, posiblemente la que se observa abajo a la izquierda de la imagen.

En el anillo se detectan grandes emisiones en rayos X. Se están originando en objetos binarios formados por estrellas masivas; dos estrellas de neutrones o incluso agujeros negros de masa estelar o intermedia. La materia que se intercambian se recalienta y emite por autofricción al caer en una de ellas. Más aún, muchas de esas fuentes son ultraluminosas en rayos X.
Pero no toda la actividad en altas frecuencias proviene de la estructura anular.
Hay un agujero negro supermasivo en el centro, como es de esperar; y un agujero negro en rápido crerciemiento muy detrás de la galaxia (respecto de nosotros).

En general se estudiaron 7 estructuras anulares de diferentes galaxias hallándose un total de 63 fuentes de rayos X, de las cuales 50 son ultraluminosas.
Se estima que entre el 0,02 % al 0,2 % de las espirales presentan estructuras anulares, siendo la galaxia “Rueda de Carro” el arquetipo de este tipo de estructuras galácticas (https://es.wikipedia.org/wiki/Galaxia_Rueda_de_Carro).

Referencia:

Fuente:

  • arXiv:1806.02746v1 [astro-ph.HE] 7 Jun 2018, The X-Ray Luminosity Function of Ultra Luminous X-Ray Sources in Collisional Ring Galaxies, Anna Wolter et al.
    https://arxiv.org/pdf/1806.02746.pdf

pdp.

El gran, gran corazón de UCD3.

Las grandes galaxias crecen a costa de la menores que van asimilando en su vida.
Las menores, pueden ser enanas o ultracompactas. La diferencia entre ellas es que las primeras tienen sus estrellas desparramadas en un volumen mucho mayor. Estos sistemas suelen no tener un agujero negro central como las grandes galaxias, a lo sumo tienen uno de masa intermedia.
A manera de ejemplo, la Nube Mayor de Magallanes, es una enana con unas 30 mil millones de estrellas desparramadas en una región de unos 14 mil años luz (AL) y no tiene un agujero negro central.

UCD3, es una enana ultracompacta orbitando a la gran elíptica NGC 1399.

Imagen crédito y cortesía de NASA/STScI/ESO/Afanasiev et al.

Contiene unos 100 millones de estrellas en una región de unos 300 AL, de ahí su tipo ultracompacto. El estudio del movimiento (cinemática) de sus estrellas permitió saber que alberga un agujero negro supermasivo en su corazón. Su masa (3,5 millones de Soles) equivale al 75% de la masa de Sgr.A*, el agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea (VL). Nuestra Galaxia tiene un diámetro aproximado de 100 mil AL (150 000 en realidad), o sea que UCD3 no llega al 0,3% de la VL. En resumen; esta galaxia ultracompacta alberga un objeto central que es el 4% de su masa. La mayoría de los agujeros negros supermasivos no superan el 1% de la masa de sus galaxias.

UCD3 puede ser el resultado de la fusión de varios super grupos estelares, o bien el remanente de una galaxia mayor desgarrada gravitacionalmente por otras.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Tratando de hallar el origen de Seguel 1.

Nuestra Galaxia está rodeada de amigas y vecinas.
Como toda gran espiral, creció asimilando a otras que dejaron sus huellas en Ella. Entre las galaxias que orbitan la Vía Láctea hay una muy particular. Se trata de la descubierta en el 2006 y catalogada como Segue 1.

segue 1 700

Imagen donde se aprecia la región donde fue descubierta Seguel 1 (a la izquieda) y Seguel 1 (a la derecha) – Crédito: Sloan Digital Sky Survey and M. Geha.

En realidad, aún no se puede asegurar si se trata de una galaxia esferoidal enana ultra débil o de un cúmulo globular, aunque todo parece indicar que se trata de una galaxia.

Está a unos 75 mil años luz de Casa y nos orbita con un período de 600 millones de años. Eso es muy cerca, pero no tanto como para ser un cúmulo globular arrancado gravitacionalmente de una galaxia vecina a punto de ser desgarrado por la gravedad de la Vía Láctea.
Pero resulta que tiene una masa de unos 300 Soles y es pobre en metales o elementos más pesados que el Hidrógeno y el Helio. Los metales aparecen luego de una o dos generaciones de estrellas, cuando han estallado como súper novas. Esto hace que sus estrellas sean antiguas y de masas regulares. Así, Segue 1 es un objeto del Universo temprano y más débil que un cúmulo.

Luego, se trataría de una galaxia satélite de la Nuestra; la pregunta es: ¿de dónde provino?
Hay dos ideas.
Pudo ser una galaxia satélite a otra que fue asimilada por la Vía Láctea dejando a Seguel 1 como satélite nuestro hace unos 12 mil millones de años. Pero las evidencias conocidas de asimilaciones no concuerdan con la existencia de Segue 1; claro que es probable que aún no se hayan detectado las evidencias de aquella asimilación.
La otra idea es que Seguel 1 era una galaxia solitaria y hace unos 8 mil millones de años fue capturada por la Vía Láctea. Esta es la idea más aceptada.

Si les interesa mi opinión, hay algo en este caso que no me convence. Para que un objeto quede atrapado orbitando a otro, debe haber habido un tercero que le quite energía al que resultó capturado; o sea, que lo frene, de lo contrario habría seguido viaje. Luego habría que buscar un objeto de tipo galáctico que haya colaborado en la captura y no sé si lo tienen sospechado. Claro que aún puede ser descubierto.
O sea que en ambos casos, las investigaciones continúan buscando lo que falta hallar, lo único seguro es que Seguel 1 es otra compañera Nuestra.

Referencia:

Fuente:

pdp.