Antigua galaxia enana reconstruida con computadora voluntaria MilkyWay@home


Los astrofísicos han calculado por primera vez la masa y el tamaño originales de una galaxia enana que fue destrozada en una colisión con la Vía Láctea hace miles de millones de años. La reconstrucción de la galaxia enana original, cuyas estrellas actualmente atraviesan la Vía Láctea en una «corriente de marea» estelar, ayudará a los científicos a comprender cómo se formaron galaxias como la Vía Láctea y podría ayudar en la búsqueda de materia oscura en nuestra galaxia.

Los astrofísicos han reconstruido una galaxia enana destrozada en una colisión con la Vía Láctea, un hallazgo que podría ayudar en la búsqueda de materia oscura. Crédito: Instituto Politécnico Rensselaer

«Hemos estado ejecutando simulaciones que toman esta gran corriente de estrellas, la respaldan durante un par de miles de millones de años y vemos cómo se veía antes de caer en la Vía Láctea», dijo Heidi Newberg, profesora de física, astrofísica. y astronomía en el Instituto Politécnico Rensselaer. «Ahora tenemos una medida a partir de datos, y es el primer gran paso hacia el uso de la información para encontrar materia oscura en la Vía Láctea».

Hace miles de millones de años, la galaxia enana y otras similares cercanas a la Vía Láctea fueron atraídas hacia la galaxia más grande. A medida que cada galaxia enana se fusionaba con la Vía Láctea, sus estrellas eran atraídas por «fuerzas de marea», el mismo tipo de fuerzas diferenciales que provocan las mareas en la Tierra. Las fuerzas de marea distorsionaron y finalmente destrozaron la galaxia enana, estirando sus estrellas en una corriente de marea que atravesó la Vía Láctea. Tales fusiones de mareas son bastante comunes, y Newberg estima que las estrellas «inmigrantes» absorbidas por la Vía Láctea constituyen la mayoría de las estrellas en el halo galáctico, una nube de estrellas aproximadamente esférica que rodea los brazos espirales del disco central.

Críticamente, la posición y las velocidades de las estrellas de la corriente de marea transmiten información sobre el campo gravitacional de la Vía Láctea.

La reconstrucción de la galaxia enana es una tarea de investigación que combina datos de encuestas de estrellas, física y la supercomputadora distribuida MilkyWay@Home de Newberg, que aprovecha 1,5 petaflops, una medida de la velocidad de procesamiento de la computadora, de la potencia de la computadora doméstica donada por voluntarios. Esta gran cantidad de poder de procesamiento hace posible simular la destrucción de una gran cantidad de galaxias enanas con diferentes formas y tamaños, e identificar un modelo que mejor se adapte a la corriente de marea de estrellas que vemos hoy.

«Es un problema enorme y lo resolvemos ejecutando decenas de miles de simulaciones diferentes hasta que conseguimos una que realmente coincida. Y eso requiere mucha potencia informática, que conseguimos con la ayuda de voluntarios de todo el mundo que forman parte de MilkyWay@Home», dijo Newberg. «Estamos aplicando la fuerza bruta, pero dado lo complicado que es el problema, creo que este método tiene mucho mérito».

Como se publicó hoy en The Astrophysical Journal, el equipo de Newberg estima que la masa total de la galaxia original cuyas estrellas forman hoy la Corriente Huérfana-Chenab es 2×107 veces la masa de nuestro sol.

Sin embargo, se estima que solo un poco más del 1% de esa masa está compuesta de materia ordinaria como las estrellas. Se supone que el resto es una sustancia hipotética llamada materia oscura que ejerce fuerza gravitatoria, pero que no podemos ver porque no absorbe ni emite luz. La existencia de materia oscura explicaría una discrepancia entre la atracción gravitatoria de la masa de la materia que podemos ver y la atracción mucho mayor necesaria para explicar la formación y el movimiento de las galaxias. Se estima que la atracción gravitatoria de la materia oscura representa hasta el 85% de la materia del universo, y las corrientes de marea de estrellas que caen con las galaxias enanas podrían usarse para determinar dónde se encuentra la materia oscura en nuestra galaxia.

«Las estrellas de corrientes de marea son las únicas estrellas de nuestra galaxia de las que es posible conocer sus posiciones en el pasado», dijo el Dr. Newberg. «Al observar las velocidades actuales de las estrellas a lo largo de una corriente de marea, y sabiendo que todas solían estar en el mismo lugar y moviéndose a la misma velocidad, podemos calcular cuánto cambia la gravedad a lo largo de esa corriente. Y eso dirá dónde está la materia oscura en la Vía Láctea».

La investigación también encuentra que el progenitor de la corriente Orphan-Chenab tiene menos masa que las galaxias medidas en las afueras de nuestra galaxia hoy, y si se confirma esta pequeña masa, podría cambiar nuestra comprensión de cómo se forman los sistemas estelares pequeños y luego se fusionan. para hacer galaxias más grandes como nuestra Vía Láctea.

El Dr. Newberg, experto en el halo galáctico, es pionero en la identificación de corrientes estelares de mareas en la Vía Láctea. Un día, espera que MilkyWay@home la ayude a medir más que las propiedades de una galaxia enana desintegrada. Idealmente, le gustaría encajar simultáneamente muchas galaxias enanas, sus órbitas y las propiedades de la propia Vía Láctea. Este objetivo se complica por el hecho de que las propiedades de nuestra galaxia cambian durante los miles de millones de años que tarda una pequeña galaxia en caer y desgarrarse para formar estas corrientes de marea.

«Al rastrear minuciosamente el camino de las estrellas atraídas hacia la Vía Láctea, la Dra. Newberg y su equipo están construyendo una imagen que nos muestra no solo una galaxia enana destruida hace mucho tiempo, sino que también arroja luz sobre la formación de nuestra galaxia y el mismísimo naturaleza de la materia», dijo Curt Breneman, decano de la Escuela de Ciencias Rensselaer.

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