gov-civil-vilareal.pt¿Cuál es la masa de la Vía Láctea?
>Una cosa extraña acerca de la astronomía es que una de las cosas más difíciles de entender en todo el Universo es la Vía Láctea.
Es como saber mucho sobre su vecindario, la ciudad cercana e incluso su estado, pero no saber mucho sobre su propia casa.
Para ser justos, es como tratar de entender su casa, pero no se le permite salir de su armario. Estamos dentro de la Vía Láctea, atrapados a medio camino del centro, y todo lo que aprendemos sobre ella lo aprendemos aquí mismo. La buena noticia es que los humanos somos muy, muy inteligentes.
¡Inventamos los telescopios! Y descubrimos cómo observar la galaxia de diferentes maneras, y aprendimos que es un disco plano con brazos espirales, rodeando una esfera abultada de estrellas, rodeando un núcleo con un enorme agujero negro en el centro. También hay un halo de estrellas que rodea todo. Incluso tenemos cifras decentes sobre el tamaño de cada componente e incluso la masa de la mayor parte.
La mayoría ... pero no todos . El disco, la protuberancia y el núcleo están hechos de lo que llamamos materia normal, átomos y electrones y protones y neutrones y cosas así. A lo largo de los años, hemos podido determinar la masa de estos componentes, principalmente porque podemos verlos y medirlos.
Pero ese halo es un problema. También contiene materia normal, principalmente en forma de estrellas, pero el hecho es que la mayoría está formada por materia oscura , cosas que no podemos ver y solo podemos inferir.
La buena noticia es que la materia oscura sigue siendo materia, y eso significa que ha masa , y ese significa que tiene gravedad. Y eso significa (puede que esté obteniendo demasiados, eso significa profundo aquí, pero ese es el último) que podemos determinar su masa por la forma en que su gravedad afecta a otras cosas dentro de ella.
Y hay cosas dentro del halo que podemos ver, a saber, cúmulos globulares. Combinando datos del telescopio espacial Hubble con nuevas mediciones utilizando el fenomenal observatorio Gaia, Los astrónomos ahora han descubierto la masa del halo de la Vía Láctea. : Es 1,54 trillón veces la masa del sol.
Eso es mucho. ¡Es una gran galaxia! Pero la diversión está en como hicieron esto .
medios de sentido común el mejor showman
El mapa más actual de la Vía Láctea se muestra en la representación de un artista. El Sol está directamente debajo del centro galáctico, cerca de Orion Spur. Los brazos de Scutum-Centaurus se extienden hacia la derecha y arriba, yendo detrás del centro hacia el lado lejano. El maser observado está casi directamente opuesto al Sol desde el centro en el brazo S-C, a 65.000 años luz de distancia. Crédito: NASA / JPL-Caltech / R. Herido (SSC / Caltech)
Un ejemplo: en nuestro sistema solar, la masa abrumadoramente más grande es el Sol. Si mide qué tan rápido un planeta orbita alrededor del Sol, combinado con su distancia, puede determinar la masa del Sol (porque la velocidad orbital del planeta está determinada por la gravedad del Sol, que depende de su masa).
Es más complicado para la galaxia, donde la masa está más dispersa, pero el principio es el mismo. Isaac Newton demostró que la gravedad que sientes de un objeto es la masa total Entre tú y eso. No importa si el Sol es un punto diminuto o llena la órbita del planeta, la gravedad que siente el planeta es la misma. Solo importa el interior de la masa de la órbita del planeta.
Lo mismo ocurre con la Vía Láctea. Si desea obtener la masa de la Vía Láctea, debe detectar algún objeto en órbita muy distante, luego medir su velocidad alrededor de la galaxia para calcular toda la masa galáctica dentro de su órbita. Esto es bastante difícil, porque un objeto a decenas de miles de años luz de distancia puede estar gritando a través del espacio, pero está tan lejos que el movimiento aparente es pequeño.
Pero: tenemos telescopios realmente buenos. Y ese movimiento a veces se puede medir.
El espectacular cúmulo globular NGC 1466. Crédito: ESA/Hubble & NASA
Ingresar cúmulos globulares . Se trata de colecciones de cientos de miles o millones de estrellas que se mantienen unidas por su propia gravedad, y parecen abejas brillantes dando vueltas en torno a una colmena. La Vía Láctea tiene al menos 157 de estos cúmulos, todos orbitando el centro galáctico. Muchos están cerca, por lo que no sirven de mucho para obtener la masa de la galaxia (cuanto más distante, más encerrada por la órbita, mejor), pero bastantes están muy lejos.
El observatorio Gaia de la Agencia Espacial Europea fue diseñado para observar más de mil millones de estrellas en nuestra galaxia y determinar su posición, colores y movimiento. No discrimina; mira todas las estrellas que puede, y muchas de ellas están en globulares. Eso significa que tenemos el movimiento a través del cielo de muchos de estos grupos. Combinado con cuidadosas mediciones de su luz para obtener su desplazamiento Doppler , ¡eso nos da una velocidad tridimensional de esos grupos!
Una imagen animada que muestra el movimiento del cúmulo globular NGC 5466 (izquierda) visto por el Telescopio Espacial Hubble durante diez años. El primer plano (derecha) muestra las estrellas moviéndose como un grupo con galaxias de fondo mucho más distantes que parecen estacionarias. Crédito: NASA, ESA y S.T. Sohn y J. DePasquale (STScI)
Los astrónomos que hicieron este trabajo utilizaron 34 de estos grupos de 75 medidos por Gaia que se ajustaban a lo que necesitaban, y tenían una distancia de 6.500 a casi 70.000 años luz del centro galáctico. También hicieron esto con cúmulos incluso más alejados (hasta casi 130.000 años luz) medidos por Hubble. Eso agregó 16 más a su cuenta.
Pudieron obtener todo lo que necesitaban para luego calcular la masa de la galaxia. ¡Sin embargo, todavía no es fácil! Por ejemplo, los cúmulos internos vistos por Gaia eran más numerosos, por lo que obtuvieron mejores estadísticas con ellos, pero no están lo suficientemente lejos como para obtener la masa total de la galaxia; el halo galáctico se extiende más allá de ellos, y no pueden medir su masa con ellos. Los clústeres de Hubble ayudaron, pero hubo menos, por lo que las estadísticas fueron un poco más complicadas (aunque obtuvieron diferentes estimaciones de masa total utilizando las dos poblaciones de clústeres diferentes, los dos números estaban dentro de la incertidumbre estadística entre sí, lo que significa que son indistinguibles estadísticamente).
Una simulación de la Vía Láctea rodeada de clsuters globulares, utilizando datos de posición reales. Crédito: ESA / Hubble, NASA, L. Calzada, M.Kormesser
Al final, tuvieron que extrapolar más allá de estos grupos dado lo que sabemos sobre la forma y el tamaño del halo, pero nuevamente los números que obtuvieron fueron consistentes. Para ser justos, lo que obtuvieron fue 1,54 billones de veces la masa del Sol, con una incertidumbre de +0,75 billones y -0,44 billones ... por lo que podría ser entre 0,79 y 2,29 billones.
Esto coloca a la Vía Láctea entre las grandes galaxias del Universo (que conocíamos). Muchos son más grandes, pero la mayoría son mucho más pequeños.
Entonces, ¿por qué hacer esto? ¿Importa cuál es nuestra masa total?
¡Sí! Por ejemplo, la masa de nuestra galaxia es importante para comprender los satélites que la orbitan. Existe cierta discusión sobre el comportamiento de las dos nubes más grandes, la Gran y la Pequeña Nubes de Magallanes. ¿Chocarán eventualmente? ¿Realmente nos están orbitando o simplemente están pasando? Nuestra masa juega un papel en eso.
Ilustración de un choque de trenes cósmico: La colisión de la galaxia de la Vía Láctea / Andrómeda, dentro de cuatro mil millones de años. Crédito: NASA, ESA, Z. Levay y R. van der Marel (STScI), T. Hallas y A. Mellinger
Eventualmente, la galaxia de Andrómeda chocará con nosotros ( en unos 4.600 millones de años ). Cómo sucede eso depende en gran medida de nuestra masa. La determinación de la masa de la Vía Láctea también nos informa sobre la estructura de nuestra galaxia, e incluso cómo juega en la estructura de mayor escala del Universo. Y también nos dice, simplemente, ¿es nuestra galaxia típica? ¿Somos como otras galaxias en algunos aspectos, diferentes en otros? Usamos nuestro entorno local como plantilla para comprender lo que hay más allá, ya sea nuestra casa en un vecindario de cientos de personas o nuestra galaxia entre billones.
Es un poco parroquial, claro, pero es un buen lugar para comenzar. Y, como hemos descubierto una y otra vez, el Universo tiene una forma de ajustar nuestra perspectiva inicial, disminuir nuestros prejuicios y fortalecer nuestra apreciación de la diversidad en el cosmos.
Siempre he sentido que, a pesar de la conducta fría e indiferente del Universo en general, esa es una lección profunda que puedo usar en mi propia vida. Quizás tú también puedas.
