En dos estudios separados utilizando el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA, un equipo de astrónomos observará galaxias enanas compañeras de la Vía Láctea y la cercana galaxia de Andrómeda. El estudio de estos pequeños compañeros ayudará a los científicos a aprender sobre la formación de galaxias y las propiedades de la materia oscura. una sustancia misteriosa que se cree que representa aproximadamente el 85% de la materia del universo.

En el primer estudio, el equipo adquirirá conocimientos sobre la materia oscura midiendo los movimientos de las estrellas en dos compañeras enanas de la Vía Láctea. En el segundo estudio, examinarán los movimientos de cuatro galaxias enanas alrededor de nuestro vecino galáctico grande más cercano, la galaxia de Andrómeda. Esto ayudará a determinar si algunas de las galaxias satélite de Andrómeda orbitan dentro de un plano plano, como los planetas alrededor de nuestro Sol. Si lo hacen, eso tendría importantes implicaciones para comprender la formación de galaxias. El investigador principal de ambos programas es Roeland van der Marel del Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore. Maryland.

Observación de movimientos estelares en galaxias enanas compañeras de la Vía Láctea

Las galaxias más cercanas a nuestra propia Vía Láctea son las galaxias enanas compañeras, que son mucho más pequeños que la Vía Láctea. Van der Marel y su equipo planean estudiar los movimientos de las estrellas en dos de estas galaxias enanas, Draco y escultor. Las órbitas de las estrellas están gobernadas por la gravedad que surge de la materia oscura en cada galaxia. Al estudiar cómo se mueven las estrellas, los investigadores podrán determinar cómo se distribuye la materia oscura en estas galaxias.

"La forma en que se formaron las estructuras en el universo depende de las propiedades de la materia oscura que comprende la mayor parte de la masa del universo, ", explicó van der Marel." Entonces sabemos que hay materia oscura, pero no sabemos qué constituye realmente esta materia oscura. Solo sabemos que hay algo en el universo que tiene gravedad y tira de las cosas, pero realmente no sabemos qué es ".

El equipo estudiará la distribución de la materia oscura en los centros de las galaxias enanas para determinar las propiedades de temperatura de este misterioso fenómeno. Si la materia oscura es "fría, "su densidad será muy alta cerca de los centros de las galaxias. Si la materia oscura es" cálida, “Será más homogéneo en toda el área que se acerque a los centros galácticos.

Al mismo tiempo, la Cámara de infrarrojos cercanos de Webb (NIRCam) está estudiando los centros de Draco y Sculptor, otro instrumento, el generador de imágenes de infrarrojo cercano y el espectrógrafo sin rendija (NIRISS), estará sondeando las afueras de las galaxias enanas. "Estas observaciones simultáneas proporcionarán una idea de cómo las estrellas se mueven de manera diferente cerca del centro y las afueras de las galaxias enanas, ", dijo el co-investigador Tony Sohn de STScI." También permitirán dos medidas independientes de la misma galaxia, para comprobar si hay efectos sistemáticos o instrumentales ".

Debido a que Webb tiene aproximadamente seis veces el área de recolección de luz del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, el equipo puede medir los movimientos de las estrellas mucho más débiles de lo que puede ver el Hubble. Cuantas más estrellas se incluyan en un estudio, cuanto más exactamente el equipo pueda modelar la materia oscura que influye en sus movimientos.

Estudiando el movimiento de los compañeros galácticos enanos de Andrómeda

La gran galaxia vecina más cercana de nuestra Vía Láctea, Andrómeda tiene numerosos compañeros de galaxias enanas, tal como lo hace la Vía Láctea. Van der Marel y su equipo planean estudiar cómo cuatro de esas galaxias enanas se mueven alrededor de Andrómeda, para determinar si están agrupados dentro de un plano en el espacio, o si se están moviendo alrededor de Andrómeda en todas direcciones.

A diferencia del primer programa de observación, el equipo no está tratando de medir cómo se mueven las estrellas dentro de las galaxias enanas. En este estudio, están tratando de determinar cómo las galaxias enanas como un todo se mueven alrededor de Andrómeda. Esto proporcionará información sobre el proceso por el cual se forman grandes galaxias por acreción y acumulación de galaxias más pequeñas, y cómo funciona exactamente.

En la mayoría de los modelos, No se espera que las galaxias enanas que rodean a las galaxias más grandes se encuentren en un plano. Típicamente, los científicos esperarían que las galaxias enanas volaran alrededor de galaxias más grandes de manera aleatoria. Despacio, estos compañeros enanos perderían energía y se acumularían en la galaxia más grande, que crecería aún más.

Sin embargo, tanto para la Vía Láctea como para Andrómeda, varios estudios han sugerido que al menos una fracción de las galaxias enanas se encuentran en un plano, e incluso puede estar girando en ese plano. Una de las formas de determinar si eso es cierto es medir sus movimientos tridimensionales. Si los movimientos son realmente en el plano, eso sugeriría que las galaxias enanas permanecerán en un plano. Pero si las compañeras enanas parecen estar en un avión pero sus movimientos son en todas direcciones, eso indicaría una alineación casual y no una estructura duradera.

Si las galaxias enanas se alinean en un plano, eso puede significar una de varias cosas. Podría ser que una buena fracción de los compañeros enanos cayeran en órbita alrededor de Andrómeda como un solo grupo. Si ese fuera el caso, los enanos conservarían la "memoria" en la que todos cayeron juntos, y exhibirían propiedades dinámicas similares en este momento.

Otra posibilidad es que las galaxias enanas de Andrómeda se formaran como las llamadas "galaxias enanas de marea". Estas colecciones de gas y estrellas unidas gravitacionalmente se forman durante las fusiones o interacciones entre grandes galaxias espirales. Son tan masivas como galaxias enanas pero no están dominadas por materia oscura, como los científicos creen que son la mayoría de las galaxias enanas que nos rodean. Es posible que una fusión de dos grandes galaxias con mucho gas pueda formar algunas galaxias enanas que terminen en una sola estructura plana, pero eso sería inusual, porque los científicos no creen que las galaxias enanas de marea sean el tipo predominante de galaxias enanas en el universo. Se sabe que las galaxias enanas se forman dentro de las nubes de materia oscura llamadas halos.

Cualquiera de los dos casos podría significar que la formación de galaxias puede ser más complicada de lo que los investigadores a veces piensan. Cualquiera de los dos proporcionaría restricciones adicionales a los científicos que desarrollan modelos teóricos de formación de galaxias.

Exactitud y precisión extremas de Webb

En ambos programas, el equipo llevará a Webb a sus límites en términos de exactitud y precisión. "Es una situación muy complicada, porque básicamente lo que queremos medir son movimientos muy pequeños, ", explicó el co-investigador Andrea Bellini de STScI." La precisión que queremos lograr es como medir algo que se mueve unos centímetros al año en la superficie de la Luna, visto desde la Tierra ".

Ambos estudios son programas de observaciones de tiempo garantizado (GTO) asignados al equipo del científico del telescopio Webb, Matt Mountain. También es presidente de la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA), con sede en Washington, CORRIENTE CONTINUA.

El telescopio espacial James Webb será el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mira más allá a mundos distantes alrededor de otras estrellas, y sondear las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y Agencia Espacial Canadiense.