Aislada durante miles de millones de años, los astrónomos han identificado una galaxia con más materia oscura acumulada en su núcleo de lo esperado utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA.
La galaxia, conocida como Markarian 1216 (abreviada como Mrk 1216), contiene estrellas que están 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 la de 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 del universo, aunque solo se ha detectado indirectamente.
Mrk 1216 pertenece a una familia de galaxias de forma elíptica que están más densamente pobladas de estrellas en sus centros que la mayoría de las otras galaxias. Los astrónomos creen que han descendido de galaxias compactas y rojizas llamadas "pepitas rojas" que se formaron aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, pero que luego se estancaron en su crecimiento hace unos 10 mil millones de años.
Si esta explicación es correcta, entonces la materia oscura en Marcos 1216 y sus primos galácticos también deberían estar bien empaquetados. Para probar esta idea por primera vez, un par de astrónomos estudiaron el brillo de los rayos X y la temperatura del gas caliente a diferentes distancias del centro de Mrk 1216, para poder "pesar" cuánta materia oscura existe en el medio de la galaxia.
“Cuando comparamos los datos de Chandra con nuestros modelos informáticos, encontramos que se requería una concentración mucho más fuerte 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 típica galaxia. 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 unos 3 o 4 mil millones de años después del Big Bang. Se espera que este halo se haya extendido sobre una región más grande que las estrellas de la galaxia. La formación de una galaxia de pepita roja de este tipo fue 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.
"La antigüedad y la densa concentración de las estrellas en galaxias elípticas compactas como Mrk 1216 vistas relativamente cerca proporcionaron la primera evidencia clave de que son descendientes de las pepitas rojas vistas 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 visto aquí confirma el caso".
Anteriormente, los astrónomos estimaron que el agujero negro supermasivo en Mrk 1216 es más masivo de lo esperado para una galaxia de su masa. Sin embargo, este estudio más reciente concluyó que es probable que el agujero negro pese menos de aproximadamente 4 mil millones de veces la masa del Sol. Parece mucho, pero puede que no sea inusualmente masivo para una galaxia tan grande como Mrk 1216.
Los autores también buscaron signos de estallidos del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia. Vieron indicios de cavidades en el gas caliente similares a las observadas en otras galaxias masivas y cúmulos de galaxias como Perseo, 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 se preguntan si existe o no. En el estudio, Buote y Barth interpretaron los datos de Chandra utilizando modelos de gravedad estándar "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 dar un paso más y estudiar la naturaleza de la materia oscura”, dijo Buote. “La densa acumulación de materia oscura en medio de Mrk 1216 puede proporcionar una prueba interesante para teorías no estándar que predicen materia oscura menos concentrada centralmente, como partículas de materia oscura que interactúan entre sí por un medio adicional que no sea la gravedad. "
Un artículo que describe estos resultados apareció en la edición del 29 de mayo 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 Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, controla las operaciones científicas y de vuelo de Chandra.
Crédito de la imagen: rayos X: NASA / CXC / Univ. de CA Irvine / D. Buote; Óptico: NASA / STScI
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