Desde el nacimiento de la astronomía moderna, Los científicos han tratado de determinar la extensión total de la Vía Láctea y aprender más sobre su estructura, formación y evolución. En el presente, los astrónomos estiman que es 100, 000 a 180, 000 años luz de diámetro y consta de 100 a 400 mil millones de estrellas, aunque algunas estimaciones dicen que podría haber hasta 1 billón.

Y todavía, incluso después de décadas de investigación y observaciones, todavía hay mucho sobre nuestra galaxia que los astrónomos no saben. Por ejemplo, todavía están tratando de determinar qué tan masiva es la Vía Láctea, y las estimaciones varían ampliamente. En un nuevo estudio, un equipo de científicos internacionales presenta un nuevo método para pesar la galaxia basado en la dinámica de las galaxias satélites de la Vía Láctea.

El estudio, titulado "La masa de la Vía Láctea a partir de la dinámica de los satélites, "apareció recientemente en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society . El estudio fue dirigido por Thomas Callingham del Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, e incluyó a miembros del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), el Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg, y múltiples universidades.

Como indican en su estudio, la masa de la Vía Láctea es fundamental para nuestra comprensión de la astrofísica. No solo es importante en términos de ubicar nuestra galaxia en el contexto de la población general de galaxias, pero también juega un papel importante al abordar algunos de los mayores misterios que surgen de nuestras teorías astrofísicas y cosmológicas actuales.

Estos incluyen las complejidades de la formación de galaxias, discrepancias con el modelo actual Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), teorías alternativas sobre la naturaleza de la materia oscura, y la estructura a gran escala del universo. Y lo que es más, Los estudios anteriores se han visto obstaculizados por una serie de factores, que incluyen el hecho de que el halo de materia oscura de la Vía Láctea (que constituye la mayor parte de su masa) no se puede observar directamente.

Otro problema importante es el hecho de que es difícil medir la extensión y la masa de la Vía Láctea porque estamos dentro de ella. Como resultado, estudios previos que han intentado inferir la masa de nuestra galaxia dieron como resultado estimaciones de masa que oscilan entre 500 mil millones y 2,5 billones de veces la masa de nuestro sol (masas solares). Como explicó Callingham a universe Today por correo electrónico, Se necesitaba un enfoque refinado:

"La mayor parte de la galaxia está en su halo de materia oscura, que no se puede observar directamente. En lugar de, inferimos sus propiedades a través de observaciones de varios trazadores dinámicos que sienten los efectos gravitacionales de la materia oscura, como las poblaciones estelares, cúmulos globulares, vapores y galaxias satélite. La mayoría de estos se encuentran en el centro de nuestra galaxia en el disco galáctico (dentro de ~ 10kpc) y el halo estelar (~ 15kpc) que puede dar buenas estimaciones de masa de la región interior. Sin embargo, el halo DM alcanza ~ 200 kpc, y por esta razón decidimos enfocarnos en las galaxias satélite, como uno de los únicos trazadores que sondean estas partes exteriores de la galaxia ".

Por el bien de su estudio, el equipo se basó en los datos de la segunda publicación de datos del satélite Gaia (versión DR2) para establecer mejores restricciones en la masa de la Vía Láctea. La misión de Gaia, que ha proporcionado más información que nunca sobre nuestra galaxia, incluye la posición y los movimientos relativos de innumerables estrellas en la Vía Láctea, incluidas las que se encuentran en las galaxias satélites. Como indicó Callingham, esto resultó muy útil para restringir la masa de la Vía Láctea:

"Comparamos las propiedades orbitales Energy y Angular Momentum de las galaxias satélites MW con las que se encuentran en las simulaciones. Utilizamos las últimas observaciones de los satélites MW del reciente conjunto de datos Gaia DR2 y una muestra de galaxias adecuadas y satélites de las simulaciones EAGLE, una simulación líder se ejecutó en Durham con un gran volumen y una física bariónica hidrodinámica completa ".

El software EAGLE (Evolución y Montaje de GaLaxies y sus Ambientes), que fue desarrollado por el Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, modela la formación de estructuras en un volumen cosmológico que mide 100 Megaparsecs de lado (más de 300 millones de años luz). Sin embargo, El uso de este software para inferir la masa de la Vía Láctea presentó algunos desafíos.

"Un desafío para esto es la muestra limitada de galaxias de tamaño MW en EAGLE (o de hecho cualquier simulación), "dijo Callingham." Para ayudar a esto, usamos una relación de escala de masa para escalar nuestra muestra total de galaxias para que tenga la misma masa. Esto nos permite utilizar de manera efectiva más de nuestro conjunto de datos y mejora en gran medida nuestras estadísticas. Luego, nuestro método se probó rigurosamente al encontrar la masa de galaxias simuladas de EAGLE y las simulaciones de Auriga, un conjunto independiente de simulaciones de alta resolución. Esto asegura que nuestra estimación de masa sea robusta y tenga errores realistas (algo con lo que el campo a veces lucha debido a suposiciones analíticas) ".

De esto, encontraron que la masa total de halo de la Vía Láctea era de aproximadamente 1.04 x 1012 (más de 1 billón) de masas solares, con un margen de error del 20 por ciento. Esta estimación impone restricciones mucho más estrictas a la masa de la Vía Láctea que las estimaciones anteriores, y podría tener implicaciones importantes en los campos de la astronomía, astrofísica y cosmología. Como resumió Callingham:

"Una estimación de masa más ajustada se puede utilizar de muchas formas. En el modelado de galaxias, el halo DM es el telón de fondo sobre el que encajan los componentes estelares. Muchos métodos para investigar la naturaleza de la DM, como la estructura del halo DM, así como la densidad de DM en la Tierra para propósitos de detección directa dependen de la masa del MW. La masa también se puede utilizar para predecir el número de galaxias satélite alrededor del MW que esperamos ".

Además de proporcionar a los astrónomos mediciones refinadas de la masa de la Vía Láctea, lo que contribuirá en gran medida a informar nuestra comprensión de su tamaño, grado, y población de galaxias satélite:este estudio también tiene implicaciones para nuestra comprensión del universo en su conjunto. Y lo que es más, es otro estudio innovador que fue posible gracias a la segunda publicación de datos de Gaia.

La tercera publicación de los datos de Gaia está programada para fines de 2020, y el catálogo final se publicará en la década de 2020. Mientras tanto, ya se ha aprobado una extensión para la misión Gaia, que ahora permanecerá en funcionamiento hasta finales de 2020 (pendiente de confirmación a finales de este año).