Trece galaxias satélite de Andrómeda (M31) se encuentran en el mismo plano que la Vía Láctea

Dibujo20130102 Satellite galaxy positions as viewed from Andromeda

Proyección Aitoff-Hammer alrededor de la galaxia Andrómeda, mostrando 27 galaxias satélites (12 en azul y 15 en rojo) y la Vía Láctea (en amarillo). (C) Nature.

Nadie sabe por qué, pero 13 de las 27 galaxias satélite conocidas de la galaxia Andrómeda (Messier 31) están colocadas en un plano de 12,6 ± 0,6 kpc de grosor inclinado unos 50º respecto a su plano galáctico, más aún, nuestra galaxia, la Vía Láctea, también está en dicho plano; además, todas se mueven en el mismo sentido de giro. Las tres galaxias satélite más jóvenes, que aún están formando estrellas y se encuentran entre 250 y 500 kpc de distancia, también se encuentran en dicho plano. Las simulaciones por ordenador de la formación de galaxias no pueden explicar este extraño fenómeno salvo que sea muy improbable. Este tipo de distribución solo se puede estudiar en galaxias cercanas, pero hay dos ejemplos más: Centaurus A y Messier 81. En el caso de Centaurus A, 22 de sus 24 galaxias satélite que están a menos de 600 kpc de su centro se encuentran en dos planos paralelos separados por unos 280 kpc, estando la galaxia en uno de ellos. Para Messier 81 la situación es menos convincente, pero también muy sugerente. ¿Por qué fallan los modelos teóricos de la formación de galaxias? ¿Qué efecto que no se tiene en cuenta permite explicar estas configuraciones? Nos lo ha contado R. Brent Tully, “Astronomy: Andromeda’s extended disk of dwarfs,” Nature 493: 31-32, 03 January 2013, quien se hace eco del artículo técnico de Rodrigo A. Ibata et al., “A vast, thin plane of corotating dwarf galaxies orbiting the Andromeda galaxy,” Nature 493: 62-65, 03 January 2013 [arXiv:1301.0446].

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El sistema solar rota a 240 km/s respecto al centro de nuestra galaxia

Hasta ahora se pensaba que el sistema solar rota alrededor del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, a 220 km/s (valor oficial según la Unión Astronómica Internacional (IAU) desde 1985). Sin embargo, una nueva medida obtenida por VERA (VLBI Exploration of Radio Astrometry) del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), ha determinado que su velocidad es de 240 ± 14 km/s y que su distancia al centro galáctico es de 26.100 ± 1.600 años luz. Esto significa que el sistema solar tarda unos 200 millones de años en dar una vuelta a la galaxia. Además, este nuevo resultado implica que la cantidad de materia oscura de nuestra galaxia es un 20% mayor del valor que se pensaba hasta ahora. El nuevo resultado se ha obtenido gracias a la técnica de paralaje trigonométrica, la diferencia en la posición de ciertas estrellas producida por la rotación de la Tierra alrededor del Sol durante un año. Para ello se ha utilizado una red de radiotelescopios situados en Japón. El artículo técnico es Nobuyuki Sakai et al., “Outer Rotation Curve of the Galaxy with VERA I: Trigonometric parallax of IRAS 05168+3634,” Publ. Astron. Soc. Japan 64: 108-119, 2012 [arXiv:1204.4782].

VERA ha realizado observaciones de más de 100 objetos de radio (fuentes tipo máser) en nuestra galaxia y ha determinado de forma precisa la distancia de 52. En la imagen de abajo se muestra la velocidad radial versus la distancia al centro galáctico. Los puntos negros representan los 52 objetos observados con precisión hasta ahora. La imagen de fondo en rojo, verde y azul representa la distribución de gas molecular en el plano galáctico.

Nos cuentan en Nature la historia de la imagen de nuestra galaxia, la Vía Láctea

Impresión artística de la Vía Láctea vista desde fuera según los datos astronómicos más recientes (tanto de telescopios como de simulaciones). (C) Nature

Impresión artística de la Vía Láctea mostrando el disco galáctico y su entorno, según los datos astronómicos más recientes. (C) Nature.

Me han gustado estas dos imágenes que acompañan al artículo de Ann Finkbeiner, “Galaxy formation: The new Milky Way. A fresh look at our Galaxy points to a chaotic past and a violent end,” News Feature, Nature 490: 24–27 (04 October 2012). Este artículo nos cuenta la historia de cómo se han ido descubriendo las diferentes características de nuestra galaxia. Recomiendo su lectura a todos (ahora mismo es de acceso gratuito).

Sobre la noticia que afirma que no hay materia oscura en el entorno del Sol

La importancia de leer la letra pequeña es bien conocida. Igual de importante es leer el artículo técnico que sustenta una noticia. Hay detalles que omiten las noticias de prensa científica, en aras a la brevedad, que son fundamentales para entender su alcance. Sobre todo los artículos sustentados en un modelo teórico, cuyas hipótesis son más importantes que las propias conclusiones derivadas de su comparación con resultados experimentales. Permíteme ponerte un ejemplo muy reciente. Supongo que ya habrás leído “¿Serio golpe a las teorías sobre materia oscura?,” Ciencia Kanija, 18 abril 2012 [Noticias ESO, 18 abril 2012; yo me enteré gracias a la lista de correo interna de Amazings.es]. Permíteme unos extractos.

“El estudio más preciso hecho hasta el momento sobre los movimientos de las estrellas en la Vía Láctea no ha encontrado evidencias de materia oscura en un amplio espacio alrededor del Sol. Las vecindades del Sol deberían estar repletas de materia oscura. Utilizando el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros de ESO, en el Observatorio de La Silla, un equipo ha cartografiado los movimientos de más de 400 estrellas situadas a más de 13.000 años luz del Sol. Con estos nuevos datos han calculado la masa de materia en las vecindades de nuestro Sol. “La cantidad de masa derivada encaja muy bien con lo que vemos,” afirma el líder del equipo Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). “Esto no deja espacio para materia extra — la materia oscura — que esperábamos encontrar. Nuestros cálculos muestran que debería haberse visto claramente en nuestras medidas. Pero, simplemente, ¡no estaba allí!”. Todos los intentos por detectar materia oscura en laboratorios en Tierra han sido un fracaso. Los nuevos resultados significan que los intentos por detectar materia oscura en la Tierra para explicar las extrañas interacciones entre las partículas de  materia oscura y la materia “normal” tienen pocas probabilidades de éxito. “Si la materia oscura no está presente donde suponíamos que debía estar, debemos encontrar una nueva solución para el problema de la materia que falta. Nuestros resultados contradicen los modelos aceptados actualmente. El misterio de la materia oscura acaba de hacerse aún más misterioso. Los próximos sondeos, como el de la misión Gaia de la ESA, serán cruciales para dar un paso adelante en este punto”, concluye Christian Moni Bidin.

Las teorías predicen que la cantidad media de materia oscura en la vecindad del Sol en nuestra galaxia debería ser de entre 0,4 y 1 kilogramo en un volumen del tamaño de la Tierra. Las nuevas medidas encuentran 0,00±0,07 kilogramos de materia oscura en un volumen del tamaño de la Tierra” [como densidad media en toda la región estudiada].

El artículo técnico es C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, R. Smith, “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood,” Accepted for publication in the Astrophysical Journal, arXiv:1204.3924, quienes utilizan un modelo teórico derivado en su artículo previo C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk I. Thick disk kinematics,” Accepted for publication in the Astrophysical Journal, arXiv:1202.1799. Hay un artículo técnico breve que resume el resultado obtenido, C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, R. Smith, “No evidence of dark matter in the solar neighborhood,” Proceedings of the first binational Sochias-AAA meeting, held in San Juan, Argentina, arXiv:1204.3919.

Ofrecí mi opinión en la propia lista de correo interna de Amazings.es; quizás era más crítica y más ácida de la cuenta, pero ya sabéis que la mula Francis es muy mulo; he estado muy liado y mi idea era omitir este asunto haciendo mutis por el foro. Los lectores de este blog que creen que la materia oscura no existe me acusarán de que defiendo el modelo cosmológico de consenso ante toda prueba en contra y que debería ser mucho más crítico con todas las pruebas recabadas en los últimos 40 años a favor de la materia oscura. Con toda seguridad dichas pruebas son interpretadas de forma incorrecta por casi todos los astrofísicos y cosmólogos del mundo; este nuevo [y revolucionario] estudio lo deja claro y fuera de toda duda, todos están equivocados. Pero la mula Francis tiene que leer la letra pequeña; mi crítica surgió de mi primera ojeada rápida al artículo de Moni Bidin y sus colegas.
Ahora mismo ya no soy la única voz crítica y todas las fuentes fiables de noticias científicas ofrecen un grano de sal y otro de pimienta respecto a este estudio. Por ejemplo, te recomiendo consultar Ron Cowen, “Survey finds no hint of dark matter near Solar System. Result poses a cosmic dilemma but critics prescribe caution,” Nature News, 19 April 2012, y Adrian Cho, “Has Dark Matter Gone Missing? If a new study is true, then the search for dark matter just got a lot weirder. But some scientists doubt the reliability of the team’s method for measuring the elusive substance,” Science NOW, 19 April 2012. Más noticias de prensa en Google News.

Al grano, el estudio se basa en comparar los resultados de un modelo teórico basado en usar un modelo no relativista para la materia oscura, que se supone que se mueve lentamente; en concreto, substituir la ecuación de Jeans, que modela las fluctuaciones de fluido no relativista, en la ecuación de Poisson para el campo gravitatorio newtoniano. La ecuación de Jeans se basa en varias hipótesis razonables entre las que destacan que la materia oscura esté en un estado estacionario, que la curva de rotación galáctica es plana, que la densidad de materia oscura decae de forma exponencial tanto en la dirección radial como en la vertical, etc. Todas estas hipótesis se resumen en que el modelo teórico asume que la materia oscura en la región estudiada tiene forma más o menos esférica con densidad casi constante. Estas hipótesis son razonables para la materia oscura en el halo galáctico en su conjunto, pero en una región tan pequeña alrededor del Sol genera muchas dudas.

Mi comentario en la lista de correo interna de Amazings.es fue el siguiente.

“Los resultados se basan en un modelo muy simple de la distribución de la materia oscura en nuestra galaxia (una esfera). Hay muchos resultados previos que indican que la materia oscura en nuestra galaxia tiene una distribución bastante irregular (producto del canibalismo galáctico, la Vía Láctea ha robado materia oscura a las galaxias satélite que la rodean formando grandes chorros, según las simulaciones numéricas, de materia oscura en nuestro halo galáctico y el brazo de Orión [la región estudiada] podría ser deficitario, ya que se sabe que el de Sagitario tiene excesos). Los resultados del artículo no comparan sus resultados con los obtenidos mediante simulaciones de la evolución de la Vía Láctea en los últimos miles de millones de años (hay varios grupos españoles especialistas en este campo).

En resumen, tras una ojeada rápida, yo cogería con pinzas este nuevo resultado, aunque se haya publicado en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal. Ya os contaré más cuando me lea en detalle este artículo.”

En una galaxia tan complicada como la Vía Láctea, extraer consecuencias sobre la distribución de la materia oscura en la región local alrededor del Sol utilizando el teorema virial y sus variantes, en mi modesta opinión, no está justificado y puede llevar a resultados erróneos. Os recuerdo lo que ya escribí en este blog sobre el canibalismo galáctico utilizando una sola imagen.

Cualquier imagen “realista” de la distribución de materia ordinaria en la Vía Láctea muestra que la región que rodea al Sol no es especialmente típica y por tanto no hay ninguna razón para que la materia oscura del halo galáctico en dicha región sea especialmente esférica; incluso yo lo dudaría respecto a la Vía Láctea en su conjunto.

Ahora mismo recuerdo también el reciente artículo en Investigación y Ciencia (Scientific American) sobre la posibilidad de que el plano galáctico de la Vía Láctea esté curvado. Por ahora es solo una hipótesis razonable, pero lo importante es que nos recuerda que la historia de nuestra galaxia ha sido muy accidentada y que asumir una distribución de materia oscura que no haya sufrido dichos avatares no es ningún modo razonable. Nuestra galaxia ha interaccionado con otras galaxias y sus halos galácticos también han sido afectados (recuerda que aunque la materia ordinaria interacciona con la oscura solo a través de la gravedad, todo el mundo cree que la materia oscura interacciona con la materia oscura de forma similar a como la materia ordinaria interacciona con la materia ordinaria). Te dejo esta imagen extraída del artículo de Leo Blitz, “El lado oscuro de la Vía Láctea,” Investigación y Ciencia, Diciembre 2011.

Otro mito que cae, el cambio climático y la estructura espiral de nuestra galaxia

Dibujo20090618_path_Solar_System_through_spiral_arms_Milky_Way

El origen antropogénico del cambio climático ha originado casi tanto polémica como la evolución de las especies. ¿Las glaciaciones son debidas a los rayos cósmicos cuando el Sistema Solar atraviesa los brazos espirales de la Vía Láctea? Algunos lo han proclamado a voces. Un nuevo estudio demuestra que no tienen nada que ver. No se observa ninguna correlación entre los cambios en el clima terrestre y el tránsito del sistema solar a través de los brazos espirales de nuestra galaxia. La información experimental más reciente sobre la estructura de los brazos de la Vía Láctea no deja lugar a dudas. Nos lo cuentan los norteamericanos Adrian L. Melott, Andrew C. Overholt, Martin K. Pohl, “Testing the link between terrestrial climate change and Galactic spiral structure,” ArXiv, Submitted on 15 Jun 2009.

La figura que abre esta entrada muestra los resultados. La parte izquierda es el camino del Sistema Solar a lo largo de los brazos espirales de la Vía Láctea, según vienen determinados por los datos de nubes moleculares de alta densidad. Los círculos de color representan la posición actual (el más arriba) y lugares donde se han producido cruces con los brazos espirales. La parte derecha muestra la correlación entre estos datos y la posición de las últimas 7 eras glaciales (líneas rojas verticales). El cruz (X) roja marca la coincidencia observada en estudios anteriores. Los nuevos datos claramente muestran que no hay correlación entre eras glaciales y nuestro paso a través de los brazos espirales.

Otro mito en relación al cambio climático que cae bajo la evidencia de datos observacionales más precisos.

PS (27 junio): En ArXivBlog también se hacen eco de este artículo: “Spiral Arms Did Not Cause Climate Change on Earth,” Friday, June 26, 2009.

La materia oscura galáctica puede ser debida a que las galaxias no son neutras

¡Qué chorrada! Todo el mundo sabe que las galaxias son eléctricamente neutras. Hagamos los cálculos. Si el superagujero negro en el centro de nuestra Vía Láctea emitiera un flujo radial de protones, el campo eléctrico resultante generaría energía, es decir, masa, que introduciría un término gravitatorio adicional a la fuerza newtoniana. ¿Qué predice dicho término? Lo mismo que la materia oscura. La masa “perdida” de la galaxia es del mismo orden de magnitud que la gravedad introducida por la energía total del campo eléctrico generado por el flujo de protones. ¿Una broma? No, solo un propuesta de Kenneth Dalton, “The Missing Mass of the Milky Way Galaxy,” ArXiv preprint, 22 May 2009 .

Un flujo de protones que genera un campo eléctrico cuya energía “pesa” como 10^10 masas solares. La galaxia es muy grande. El flujo de protones cerca del núcleo galáctico tiene que ser del orden de 2 × 10^−13 cm^−3 y algo menor a la distancia a la que se encuentra el Sol del orden de 10^(-16) cm^−3. ¿Mucho o poco? Un millón de veces menor que el flujo de rayos cósmico estimado que incide en la atmósfera terrestre (cuyo origen fundamental es el Sol), de unos 10^(-10) cm^-3. El número de protones que abandanorían el halo de nuestra galaxia sería de 0.5 ×10^(41) protones seg^(-1). Un flujo tan grande se “comería” toda la materia de la galaxia. Sí, salvo que la energía de los protones emitidos en el centro galáctica fuera menor que 10^18 eV.

Números razonables. ¿Dónde está la trampa? ¿Cómo es que nadie se había dado cuenta antes? 

Abstract: A model is proposed in which cosmic ray protons flow radially through the galaxy. The resulting electric field energy creates a gravitational force, in addition to the conventional Newtonian force. The model yields a rotation curve that agrees well with observation. In particular, it predicts the flat velocity profile found in the outer fringe of the galaxy. The total electric field energy is calculated. It is the missing mass of the galaxy.

Vídeo dominical: Futura colisión de Andrómeda contra la Vía Láctea vista desde la Tierra

Para los interesados en los detalles técnicos a nivel divulgativo, recomiendo el artículo John Dubinski, “Visualizing astrophysical N-body systems,” New Journal of Physics 10: 125002, 1 December 2008 . Si os interesa daros prisa, ahora msmo es de acceso gratuito (como This Month’s Papers), dentro de unas semanas será de pago.

Para los interesados en el campo de la simulación por ordenador de colisiones entre galaxias, quizás la primera simulación de este tipo es la siguiente película de Toomre (1972).

Nueva imagen de nuestra Vía Láctea (o cómo lo más cercano es lo más desconocido)

Abajo: Antigua imagen (popular) de la Vía Láctea (similar a Andrómeda).

Arriba: Nueva imagen (técnica) de la Vïa Láctea. (c) Science, 2008.

Imagen (técnica) de la Vía Láctea. (c) NASA, 2005.

Habrá que acostumbrarse a la nueva imagen de la Vía Láctea. Las dos primeras imágenes de arriba están sacadas del artículo de Phil Berardelli, “The Milky Way Gets a Facelift,” ScienceNOW Daily News, 03 June 2008 . Siempre habíamos pensado que nuestra Vïa Láctea era como Andrómeda, pero no es así. La imagen de más abajo de las 3, de la NASA, aparece en wikipedia desde hace ya varios años. Habrá que comparar estas dos últimas imágenes. Las nuevas observaciones presentadas por dos grupos de investigación en el 212th meeting of the American Astronomical Society in St. Louis, Missouri, revelan que la Vía Láctea tiene “muy debilitados” dos de sus cuatro brazos espirales. Más aún el brazo central es casi el doble de grande de lo que se pensaba. Como se muestra en la figura, obtenida por un grupo de investigación que ha utilizado el Telescopio Espacial Spitzer para estudiar la friolera de 110 millones de estrellas de nuestra galaxia. Los datos se han confirmado por otro equipo que ha utilizado uno de los telescopios terrestres más poderosos, el Very Long Baseline Array.

Lo dicho, si pensabas que conocías la foto de nuestra Galaxia, que obviamente es imposible de hacer porque nos encontramos dentro de ella. Lo siento. Es mucho más complicada de lo que pensabas.