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del Sitio Web�NewScientist
traducci�n de
Adela Kaufmann � � � �
Doble Problema: cuando las galaxias colisionan� � � � La bal�stica de metralla gal�ctica demuestra que la V�a L�ctea ya ha colisionado con su vecina gigante, Andr�meda - pero si eso es correcto, la ciencia f�sica est� equivocada. � � � El final de la V�a L�ctea ya est� programado, y ser� marcada con luces en el cielo. � Algunos�4 mil millones de a�os, los cielos nocturnos estar�n iluminados por el resplandor de cientos de miles de millones de estrellas a medida que la cercana galaxia de Andr�meda se apoya sobre nosotros.�Los dos gigantes celestes se convertir�n en uno y las estrellas, los planetas y las nubes de gas ser�n lanzadas al espacio intergal�ctico por tit�nicas fuerzas gravitacionales. � Las estrellas y planetas sobrevivientes se asentaron en una confusa nube confusa encendida con nuevas estrellas - flotando en un tiempo futuro no en la V�a L�ctea, ni Andr�meda, sino en una monstruosa galaxia, "Lact�meda". � Es una imagen bien establecida del catastr�fico futuro de nuestra galaxia.�M�s controversialmente, tambi�n podr�a ser una visi�n de su pasado. � Las observaciones indican que los restos eviscerados de un encuentro pasado entre dos gigantes celestes rodean el vecindario de nuestra galaxia. Alineaciones prohibidas de galaxias sat�lites, c�mulos globulares y corrientes de estrellas arrastr�ndose en nuestra estela gal�ctica despiertan todo indicio de que nuestra historia c�smica local necesita una reescritura. � Y no s�lo eso:
Al igual que muchos grandes problemas, �ste comenz� siendo peque�o:
En 2012, el astr�nomo�Marcel Pawlowski,que en ese entonces estaba en la Universidad de Bonn en Alemania, lo denomin� "la vasta estructura polar" (El VPOS - Una Vasta y Extensa Estructura Polar de Galaxias Sat�lite, C�mulos Globulares y Corrientes alrededor de la V�a L�ctea�- The VPOS - A Vast Polar Structure of Satellite Galaxies, Globular Clusters and Streams around the Milky Way). � Esto fue por la forma en que los enanos se alinean en un anillo que rodea la galaxia en �ngulos rectos con el disco principal de estrellas, que contiene nuestro sol y todo lo dem�s.�Pero �l no fue en absoluto el primero en verlo. � Este fue�Donald Lyndon-Bell�de la Universidad de Cambridge, que en 1976 se�al� que las galaxias sat�lites que rodean la V�a L�ctea no se dispersan al azar, sino que como si�algo�las ha acorralado en una alineaci�n distinta.
Lo que lo hizo impopular fue el aumento�de la materia oscura. � La materia oscura convirti� en un fijo en la d�cada de 1970 para explicar una discrepancia evidente entre nuestros modelos cosmol�gicos est�ndar, basada en la imagen de la gravedad tomada por�Newton�y Einstein, y observaciones de la realidad. � Cuando los astr�nomos midieron la velocidad a la que las galaxias distantes rotaban, encontraron que estos cuerpos celestes estaban dando vueltas tan r�pido que volar�an en pedazos si estuvieran basadas s�lo en la gravedad de la materia visible para mantenerlos juntos. � Esta fren�tica rotaci�n podr�a explicarse si�hubiera m�s a las galaxias�de lo que se pod�a ver�- si la mayor parte de su materia no estaba hecha de �tomos convencionales, sino de part�culas que no interact�an con la luz y por lo tanto eran invisibles. � Las ideas encajadas sobre la materia oscura flotante de los f�sicos que estudiaban los bulliciosos primeros a�os del universo, antes de estrellas y galaxias.�En este abrasador ambiente, una panoplia de nuevas part�culas habr�a surgido para cargar fuerzas y energ�a. � A medida que el universo se expandi� y su temperatura baj�, estas part�culas habr�an perdido su potencia convirti�ndose en una inerte e invisible sopa. � � � � Formando Halos� Nadie ha detectado alguna vez o fabricado tanto como una sola part�cula de materia oscura, y sin embargo, su popularidad ha crecido y crecido. � Nuestro modelo est�ndar actual de cosmolog�a compensa la materia normal por cinco a uno.�Existente en tales cantidades, la materia oscura no s�lo explica la rotaci�n gal�ctica, sino que tambi�n parece ser s�lo la cosa para permitir que las galaxias como la V�a L�ctea se formen. � Peque�as irregularidades en la densidad inicial de la materia oscura causan bolsillos de materia, sin obst�culos por las interacciones con cualquier otra cosa, para empezar a colapsar bajo su propio peso. � Estos tirones de materia normal, que colapsa hacia abajo en discos planos, discos giratorios de materia - galaxias.� � �
� � Las simulaciones de esto reproducen perfectamente la forma observada de las galaxias como la V�a L�ctea. � Los puntos calientes y fr�os que vemos en el�fondo c�smico de microondas, luz enviada saltando alrededor del cosmos, cuando ten�a apenas 380,000 mil a�os, son interpretadas como una indicaci�n de las semillas de este proceso. � Y as� creemos que las galaxias de hoy est�n rodeadas de un extraordinario "halo" de materia oscura que genera gravedad y mantiene todo junto. � Esas mismas simulaciones muestran c�mo, al colapsar la materia oscura para formar un halo de galaxias, partes del mismo se fragmentan, atrapando la materia normal que cae normal y dando lugar a una poblaci�n de galaxias enanas esparcidas al azar alrededor de la galaxia madre m�s grande. � As� que es un poco un problema el que los sat�lites enanos de la V�a L�ctea no est�n de ninguna manera dispersos al azar. � El enorme �xito del modelo de materia oscura significaba que la mayor�a de los astr�nomos se conformaron con hacer la vista gorda a esta peque�a verg�enza: la idea era que simplemente a�n no hab�amos visto a todos los enanos que acompa�an a la V�a L�ctea. � Pero en 2005,�Pavel Kroupa, tambi�n en la Universidad de Bonn, volvi� a analizar los datos de la galaxia sat�lite y confirm� la llamativa falta de coincidencia con la teor�a de la materia oscura. � Pawlowski, estudiante de doctorado de Kroupa, entonces, fue m�s all�. � Estudi� la alineaci�n de otros objetos en el halo de la V�a L�ctea - colecciones esf�ricas de estrellas mucho m�s peque�as que las galaxias enanas conocidas como�c�mulos globulares, y largos y tenues senderos de estrellas que se cree que se forman cuando las galaxias enanas se separan. � Los encontr� ordenados igual que las galaxias enanas. � Para explicarlo todo, Pawlowski canaliza la sugerencia original de Lyndon-Bell de que podr�an ser los restos de una colisi�n intergal�ctica y mir� para ver lo que podr�an ser las consecuencias de tal colisi�n.��l investig� si las galaxias enanas de hecho podr�an formarse de la materia dejada atr�s cuando dos galaxias interact�an. � Los astr�nomos vieron un buen n�mero de esos bailes gal�cticos en todo el universo expulsando grandes colas de estrellas y gas en el espacio. � Las simulaciones de Pawlowski confirmaron que las galaxias enanas de la V�a L�ctea podr�an de hecho formarse en sus posiciones observadas despu�s de tal encuentro (imagen de arriba). � Pero, �qu� fue lo que bail� con nosotros? � No hab�a ning�n candidato obvio hasta 2013, cuando�Rodrigo Ibata�del Observatorio de Estrasburgo en Francia y sus colegas publicaron sus observaciones (Un Vaso y Delgado Plano de Galaxias Enanas co-rotando Orbitando la Galaxia de Andr�meda�- A Vast Thin Plane of Co-rotating Dwarf Galaxies Orbiting the Andromeda Galaxy) que mostraba una estructura polar similar de galaxias enanas existente alrededor de Andr�meda, nuestro vecino gal�ctico m�s cercano, a unos 2,5 millones de a�os luz de distancia. � Los enanos por encima del plano de Andr�meda se est�n alejando de nosotros, mientras que en la parte inferior se dirigen hacia nosotros �existe evidencia convincente de que el disco no es un alineamiento casual, sino una estructura giratoria coherente. � El disco sat�lite de Andr�meda tambi�n est� girando en el mismo sentido que la nuestra, y apuntando a la V�a L�ctea, aunque con una ligera desalineaci�n de unos 35 grados con respecto a la estructura polar de nuestra galaxia. � Todo es exactamente lo que cabr�a esperar�si las dos galaxias�hubieran interactuado en el pasado. � �
La fusi�n de lo sublime: �podemos hacer un modelo de las colisiones gal�cticas? Tatiana Plakhova � � Excepto que no podr�an haberlo hecho... � Incluso contando sus presuntos halos de materia oscura, Andr�meda y la V�a L�ctea simplemente no tienen suficiente masa, y por lo tanto tampoco esta gravedad mutua, para haberlas empujado a una colisi�n en el tiempo disponible desde el�big bang. � Por lo que es un punto muerto.�A menos, es decir, que algo est� pasando con la gravedad. Las teor�as de Einstein y Newton asumen que la gravedad es una fuerza cuya intensidad disminuye con el cuadrado de la distancia entre dos objetos masivos.�Esto, efectivamente, parece ser el caso en las escalas hasta la de nuestro sistema solar - la �rbita de un cuerpo tan lejos como Plut�n se ajusta a las expectativas. � Pero es una suposici�n que nunca hemos sido capaces de probar a escalas mayores. � La her�tica idea de que la fuerza de la gravedad no es igual en todas partes se propuso de nuevo en la d�cada de 1980 como una alternativa a la materia oscura.�Conocida como�MOND para "modified Newtonian dynamics - din�mica newtoniana modificada", la idea fue lanzada por�Mordechai Milgrom, entonces en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. � �l encontr� que la rotaci�n de las galaxias podr�a ser casi perfectamente descrita si, en situaciones donde el campo gravitacional es relativamente d�bil, su fuerza no continuase disminuyendo con el cuadrado de la distancia, sino que aplan�ndose.�En este tipo de entornos, por ejemplo, en los confines de las galaxias, la gravedad ser� m�s fuerte de lo esperado (imagen arriba). � En 2014,�Hong Sheng Zhao�de la Universidad de St. Andrews, Reino Unido, trabajando con Kroupa y otros, mostr� que un cambio tan sutil permiti� una interacci�n entre la V�a L�ctea y Andr�meda hace entre 7 y 11 millones de a�os.
� � � Epifan�a Superfluida� Pero MOND no es exactamente el sabor del mes entre los f�sicos. � A pesar de que la fuerza de la gravedad nunca ha sido probada en campos muy d�biles, la idea de que una fuerza de la naturaleza deba cambiar su resistencia tan f�cilmente es desagradable para la mayor�a.�Y MOND entra en problemas cuando las escalas son extremadamente grandes. � En las agrupaciones de muchas galaxias, la materia oscura sigue siendo necesaria para mantener todo unido.�Y esos puntos calientes y fr�os en el�fondo c�smico de microondas�son muy dif�ciles de explicar sin alguna forma de�materia oscura�asistiendo al colapso de la materia normal en las galaxias. � Todo esto dio a Pawlowski pausa para pensar, pregunt�ndose si la idea de MOND en s� podr�a ser modificada no s�lo para explicar una colisi�n pasada entre la V�a L�ctea y Andr�meda, sino tambi�n para adaptarse a todas las dem�s observaciones.
Introduzcamos a�Justin Khoury�con la misma pregunta - y tal vez tengamos una respuesta. � Siendo f�sico te�rico de la Universidad de Pensilvania en Filadelfia, Khoury durante mucho tiempo ha estado fascinado por el �xito de MOND en la descripci�n din�mica c�smica hasta la escala de las galaxias - y su fracaso con algo m�s grande.
Su respuesta:
La epifan�a de Khoury implica un�estado superfluido�conocido como un�condensado de Bose-Einstein, que entra en acci�n entre algunos tipos de �tomos de materia normal, una vez que caen por debajo de una cierta temperatura. � En este estado, las part�culas constituyentes empiezan a comportarse como una masa �nica, coherente que no tiene viscosidad y fluye sin impedimento. � Cuando la temperatura se eleva de nuevo, �stos saltan de nuevo a un estado normal de l�quidos, viscosos.
Si las part�culas de materia oscura podr�an entrar en un estado de Bose-Einstein, razon� Khoury, eso ser�a lo justo para replicar MOND en ciertas escalas, y la materia oscura ordinaria sobre otras. � En los campos gravitacionales relativamente d�biles de las galaxias, la materia oscura ser�a de movimientos lentos y tendr�a una temperatura efectiva baja.�Caer�a en un estado de Bose-Einstein, cuya energ�a se extiende de manera uniforme en toda su extensi�n, curvando el espacio y creando una fuerza gravitatoria adicional similar a MOND. � Pero en campos gravitacionales m�s fuertes, como aquellos encontrados en los c�mulos de galaxias, la coherencia se romper�a y el asunto se comportar�a igual que la materia oscura ordinaria, aportando su propia min�scula fuerza de gravedad part�cula por part�cula. � �
� � Esto tambi�n explicar�a por qu� no vemos el comportamiento Mondiano en la escala de nuestro sistema solar. � Con nuestro sol, tenemos una muy fuerte fuente local de gravedad, por lo que el condensado se romper�a en este nivel local.�Lo mismo ser�a cierto para cada una de las estrellas de la V�a L�ctea, que se comportar�a como impurezas en el condensado. � Pero debido a que nuestra galaxia, al igual que todas las galaxias, es principalmente�espacio vac�o, el condensado general gal�ctico a�n dominar�a (Una alternativa a las Part�culas de Materia Oscura�- An Alternative to Particle Dark Matter). � Khoury no es el primero en sugerir que la din�mica de materia oscura, naturalmente, ser�a similar a los de un condensado de Bose-Einstein, pero �l es el primero en sugerir que dar�a lugar a variaciones tipo-MOND en la gravedad, uniendo as� los bits dos modelos que anteriormente se consideraban como implacablemente opuestos. � Para que este modelo h�brido funcione, sus c�lculos sugieren que la propia materia oscura es un bill�n de veces m�s ligera de lo que los modelos actuales indican. � � � � Un Fuerte Desajuste� Khoury est� desarrollando actualmente modelos de computadora para ver c�mo los halos superfluidos de materia oscura podr�an afectar la forma en que se fusionan las galaxias, y as� ver si hay alguna observaci�n que pod�a hacer para poner a prueba la idea. � Tambi�n est� colaborando con un colega f�sico especialista en materia condensada de la Universidad de Pensilvania,�Tom Lubensky, para ver si hay alg�n fluido at�mico super-fr�o conocido para crear exactamente el efecto predicho.
Algunos hablan respecto a que la superfluida materia oscura modifica la gravedad como una inconveniente e inoportuna complicaci�n - una gran perturbaci�n para explicar el problema relativamente peque�o de las extra�amente alineadas galaxias enanas. � Ed Shaya�de la Universidad de Maryland en College Park, por ejemplo, piensa que la falta de coincidencia entre las simulaciones y la realidad de las galaxias enanas se debe a una falta de potencia de c�lculo, lo que limita la resoluci�n de las simulaciones. � �l cree que todav�a hay soluciones que invocan la f�sica ordinaria y la materia oscura ordinaria.
La distancia entre la simulaci�n y la realidad es fuerte por ahora. � La vasta estructura de polar en forma de anillo es cerca de 500,000 a�os luz de di�metro, sin embargo, no tiene m�s de 50,000 a�os luz de ancho.�Aunque algunas simulaciones de formaci�n de galaxias est�ndar pueden ser manipuladas para producir alineaciones similares, nunca se producen anillos de menos de un mill�n de a�os luz de ancho. � Para Pawlowski, este desajuste es un gran problema.
Nada de esto afectar� a nuestro destino final, mientras serenamente avanzamos en espiral hacia el gigantesco espect�culo de luces al final de nuestra galaxia. � Pero, �esa exhibici�n de conmoci�n y pavor ser� una repetici�n?�Qui�n sabe - y si tenemos que modificar nuestra idea de la gravedad y la materia oscura, no podemos calcular la pr�xima fecha en nuestras agendas con mucha certeza, tampoco. � Las luces artificiales podr�an ir apag�ndose antes de lo esperado... � � � |
