La Vía Láctea representa un caso atípico entre galaxias similares, según muestran datos de un estudio del universo

Durante décadas, los científicos han utilizado la Vía Láctea como modelo para comprender cómo se forman las galaxias. Pero un terceto de estudios nuevos plantea dudas sobre si la Vía Láctea es verdaderamente representativa de otras galaxias del universo.

“La Vía Láctea ha sido un laboratorio de física increíble, incluso para la física de la formación de galaxias y la física de la materia oscura”, señaló Risa Wechsler, profesora de Humanidades y Ciencias y profesora de Física en la Facultad de Humanidades y Ciencias. “Más la Vía Láctea es sólo un sistema y puede que no sea un ejemplo típico de cómo se formaron otras galaxias. Por eso es fundamental encontrar galaxias similares y compararlas” con nuestro hogar galáctico.

Para lograr ese objetivo, Wechsler cofundó el Sondeo Satellites Around Galactic Analogs (SAGA) dedicado a comparar galaxias similares en masa a la Vía Láctea. Después de más de una década de escanear el universo, el equipo de SAGA identificó y estudió 101 análogos similares a la Vía Láctea como primer paso en su investigación en curso. Los resultados, publicados en tres estudios en la edición del 18 de noviembre de The Astrophysical Journal, revelan que, en muchos sentidos, la historia evolutiva de la Vía Láctea es diferente a la de otras galaxias de tamaño comparable.

“Nuestros resultados muestran que no podemos restringir los modelos de formación de galaxias sólo a la Vía Láctea”, dijo Wechsler, quien también es profesora de Física de partículas y Astrofísica en el SLAC National Accelerator Laboratory. “Tenemos que observar la distribución completa de galaxias similares en todo el universo”.

Además de Wechsler, el proyecto SAGA está dirigido por la profesora Marla Geha de la Universidad de Yale y Yao-Yuan Mao, ex estudiante de doctorado de Wechsler en Stanford y ahora profesor asistente en la Universidad de Utah. Los tres fueron coautores de los estudios publicados recientemente.

El misterio de la materia oscura

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La Vía Láctea está formada por materia atómica ordinaria, como hidrógeno y hierro. Pero la materia ordinaria sólo representa alrededor del 15% de la materia del universo. El 85% restante es materia oscura, misteriosa e invisible.

“Nadie sabe de qué está hecha la materia oscura”, admitió Wechsler. “No interactúa con la materia ni con la luz ordinaria. Probablemente haya materia oscura atravesándote en este momento y ni siquiera lo sabes”.

Los estudios muestran que las galaxias se forman dentro de regiones masivas de materia oscura llamadas halos. Un halo de materia oscura puede ser invisible, pero su enorme tamaño crea una fuerza gravitacional lo suficientemente fuerte como para atraer materia ordinaria del espacio y transformarla en estrellas y galaxias.

Un objetivo clave del Sondeo SAGA es determinar cómo los halos de materia oscura impactan en la evolución galáctica. Para empezar, el equipo de SAGA se centró en los satélites galácticos: pequeñas galaxias que orbitan galaxias anfitrionas mucho más grandes, como la Vía Láctea. Los investigadores identificaron cuatro de las galaxias satélite más brillantes de la Vía Láctea, incluidas las dos más grandes, conocidas como la Gran Nube de Magallanes y la Pequeña Nube de Magallanes ( Large Magellanic Cloud y Small Magellanic Cloud). Luego, los científicos llevaron a cabo una minuciosa búsqueda de satélites alrededor de otras galaxias anfitrionas de masa similar. Utilizando imágenes telescópicas, finalmente identificaron 378 galaxias satélite que rodean a 101 anfitrionas similares a la Vía Láctea.

“Hay una razón por la que nadie había intentado esto antes”, dijo Wechsler. “Es un proyecto realmente ambicioso. Tuvimos que utilizar técnicas inteligentes para separar esas 378 galaxias en órbita de los miles de objetos del fondo. Es un verdadero problema de la aguja en el pajar”.

Nuevos hallazgos

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En uno de los tres nuevos estudios de SAGA, los investigadores descubrieron que el número de satélites por galaxia anfitriona oscila entre cero y 13. Los cuatro satélites observables de la Vía Láctea se ajustan a ese rango.

El estudio también reveló que las galaxias anfitrionas con grandes satélites, similares en tamaño a las enormes galaxias Gran Nube de Magallanes y Pequeña Nube de Magallanes de la Vía Láctea, tienden a tener más satélites en general. Pero la Vía Láctea en realidad alberga menos satélites que otras galaxias similares, lo que la convierte en un caso atípico entre sus pares.

Formación de estrellas en galaxias satélite

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Un segundo estudio se centró en la formación de estrellas en galaxias satélite, una métrica importante para comprender cómo evolucionan las galaxias. El estudio encontró que en una galaxia anfitriona típica, los satélites más pequeños todavía están formando estrellas. Pero en la Vía Láctea, la formación de estrellas sólo ocurre en los satélites masivos de ambas nubes de Magallanes. Todos los satélites más pequeños han dejado de formar estrellas.

“Ahora tenemos un rompecabezas”, dijo Wechsler. “¿Qué provocó en la Vía Láctea que se apagara la formación estelar de estos satélites pequeños y de menor masa? Quizás, a diferencia de una galaxia anfitriona típica, la Vía Láctea tiene una combinación única de satélites más antiguos que han cesado la formación estelar y satélites más nuevos y activos (el par de Nubes de Magallanes) que recientemente cayeron en el halo de materia oscura de la Vía Láctea”.

El estudio también encontró que la formación de estrellas normalmente se detiene en galaxias satélite ubicadas más cerca de la galaxia anfitriona, tal vez debido a la atracción gravitacional de los halos de materia oscura interno y en torno a la galaxia anfitriona.

“Para mí, la frontera es descubrir qué hace la materia oscura a escalas más pequeñas que la Vía Láctea, como ocurre con los halos más pequeños de materia oscura que rodean estos pequeños satélites”, señaló Wechsler.

Tercer estudio

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El tercer estudio, dirigido por el doctorado de Stanford, Yunchong “Richie” Wang, compara los nuevos datos con simulaciones por computadora y exige el desarrollo de un nuevo modelo de formación de galaxias basado en parte en el Sondeo SAGA.

“SAGA proporciona un punto de referencia para avanzar en nuestra comprensión del universo a través del estudio detallado de galaxias satélite en sistemas más allá de la Vía Láctea”, dijo Wechsler. “Aunque hemos cumplido nuestro objetivo inicial de mapear satélites brillantes en 101 galaxias anfitrionas, queda mucho más trabajo por hacer”.

• Risa Wechsler también es directora del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas, operado conjuntamente por Stanford y SLAC.

• La financiación para el Sondeo SAGA fue proporcionada por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, la Fundación Heising-Simons y la Universidad de Stanford.

• El artículo The Milky Way represents an outlier among similar galaxies, universe survey data shows, con la firma de Mark Shwartz, fue publicado en el sitio de la School of Humanities and Sciences de la Universidad de Stanford.