Es bien sabido que la expansión del universo se está acelerando debido a una misteriosa energía oscura. Dentro de las galaxias, las estrellas también experimentan una aceleración, aunque esto se debe a alguna combinación de materia oscura y la densidad estelar. En un nuevo estudio deser publicado en Cartas de revistas astrofísicas , los investigadores ahora han obtenido la primera medición directa de la aceleración promedio que tiene lugar dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Dirigido por Sukanya Chakrabarti en el Instituto de Estudios Avanzados con colaboradores del Instituto de Tecnología de Rochester, la Universidad de Rochester y la Universidad de Wisconsin-Milwaukee, el equipo utilizó datos de púlsares para medir las aceleraciones radiales y verticales de las estrellas dentro y fuera delplano galáctico. Con base en estas nuevas mediciones de alta precisión y la cantidad conocida de materia visible en la galaxia, los investigadores pudieron calcular la densidad de materia oscura de la Vía Láctea sin hacer la suposición habitual de que la galaxia está en un estado estable.
"Nuestro análisis no solo nos da la primera medida de las pequeñas aceleraciones experimentadas por las estrellas en la galaxia, sino que también abre la posibilidad de extender este trabajo para comprender la naturaleza de la materia oscura y, en última instancia, la energía oscura a mayor escala".declaró Chakrabarti, autor principal del artículo y miembro actual y miembro de IBM Einstein en el Instituto de Estudios Avanzados.
Las estrellas se precipitan a través de la galaxia a cientos de kilómetros por segundo, sin embargo, este estudio indica que el cambio en sus velocidades está ocurriendo literalmente a un ritmo de caracol, unos pocos centímetros por segundo, que es aproximadamente la misma velocidad que un bebé gateando.Para detectar este movimiento sutil, el equipo de investigación se basó en la capacidad ultraprecisa de mantenimiento del tiempo de los púlsares que están ampliamente distribuidos por todo el plano galáctico y el halo, una región esférica difusa que rodea la galaxia.
"Al explotar las propiedades únicas de los púlsares, pudimos medir aceleraciones muy pequeñas en la Galaxia. Nuestro trabajo abre una nueva ventana en la dinámica galáctica", dijo el coautor Philip Chang de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee.
Extendiéndose hacia afuera aproximadamente a 300,000 años luz desde el centro galáctico, el halo puede proporcionar pistas importantes para comprender la materia oscura, que representa aproximadamente el 90 por ciento de la masa de la galaxia y está altamente concentrada por encima y por debajo del plano galáctico denso de estrellas. Movimiento estelaren esta región en particular, un foco principal de este estudio, puede verse influenciada por la materia oscura. Utilizando las mediciones de densidad local obtenidas a través de este estudio, los investigadores ahora tendrán una mejor idea de cómo y dónde buscar la materia oscura.
Si bien los estudios anteriores asumieron un estado de equilibrio galáctico para calcular la densidad de masa promedio, esta investigación se basa en el estado natural de no equilibrio de la galaxia. Se podría comparar esto con la diferencia entre la superficie de un estanque antes y después de unse arroja una piedra. Al tener en cuenta las "ondas", el equipo pudo obtener una imagen más precisa de la realidad. Aunque en este caso, en lugar de piedras, la Vía Láctea está influenciada por una historia turbulenta de fusiones galácticas y sigue siendoperturbado por galaxias enanas externas como las Nubes de Magallanes Pequeñas y Grandes. Como resultado, las estrellas no tienen órbitas planas y tienden a seguir un camino similar al de un disco de vinilo deformado, cruzando por encima y por debajo del plano galáctico.Los factores que permitieron este enfoque de observación directa fue el uso de datos de púlsares compilados a partir de colaboraciones internacionales, incluido NANOGrav Observatorio de ondas gravitacionales de Nanohertz de América del Norte que ha obtenido datosde los telescopios Green Bank y Arecibo.
Este artículo histórico amplía el trabajo de Jan H. Oort 1932; John Bahcall 1984; Kuijken y Gilmore 1989; Holmberg y Flynn 2000; Jo Bovy y Scott Tremaine 2012 para calcular el promediodensidad de masa en el plano galáctico límite de Oort y densidad de materia oscura local. Los estudiosos de IAS, incluidos Oort, Bahcall, Bovy, Tremaine y Chakrabarti, han desempeñado un papel importante en el avance de esta área de investigación.
"Durante siglos, los astrónomos han medido las posiciones y velocidades de las estrellas, pero estos proporcionan sólo una instantánea del complejo comportamiento dinámico de la Vía Láctea", afirmó Scott Tremaine, profesor emérito del Instituto de Estudios Avanzados. "Las aceleraciones medidaspor Chakrabarti y sus colaboradores son causadas directamente por las fuerzas gravitacionales de la materia en la galaxia, tanto visibles como oscuras, y por lo tanto brindan una nueva y prometedora ventana sobre la distribución y composición de la materia en la galaxia y el universo ".
Este artículo en particular permitirá una amplia variedad de estudios futuros. Pronto también será posible realizar mediciones precisas de las aceleraciones utilizando el método de velocidad radial complementario que Chakrabarti desarrolló a principios de este año, que mide el cambio en la velocidad de las estrellas con alta precisión.El trabajo también permitirá simulaciones más detalladas de la Vía Láctea, mejorará las limitaciones de la relatividad general y proporcionará pistas en la búsqueda de materia oscura. Las extensiones de este método también pueden permitirnos medir directamente la aceleración cósmica.
Si bien una imagen directa de nuestra galaxia natal, similar a las de la Tierra tomadas por los astronautas del Apolo, aún no es posible, este estudio ha proporcionado nuevos detalles esenciales para ayudar a visualizar la organización dinámica de la galaxia desde adentro.
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Materiales proporcionado por Instituto de estudios avanzados . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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