Publicado en Nature: Resuelto el misterio de la formación de galaxias enanas y el efecto de la materia oscura fría

Una simulación realmente preciosa, obtenida gracias al método SPH (Smoothed-Particle Hydrodynamics), que además resuelve uno de los grandes problemas del modelo de materia oscura fría (CDM) que se asume en el modelo cosmológico estándar. La materia visible influye mucho menos que la materia oscura en la formación de galaxias, salvo en las galaxias enanas, como han demostrado Governato, de la Universidad de Washington, Seattle, EEUU, y sus colaboradores. En las galaxias enanas la densidad de materia no crece conforme nos acercamos a su centro. Parecía imposible explicar este comportamiento utilizando sólo materia oscura (cuyo momento cinético controla el de la propia galaxia en formación). Ahora sabemos que no se pueden ignorar los efectos de la materia ordinaria en la formación de las galaxias enanas. Las estrellas gigantes de vida corta que aparecen en las primeras fases de la formación galáctica acaban en espectaculares explosiones como supernovas que producen fuertes vientos que retiran gran cantidad de gas de las regiones de formación estelar. Este efecto tiene una contribución en el momento cinético de la galaxia enana en su conjunto mucho más importante de lo que se pensaba y permite resolver el problema de la incompatibilidad entre el modelo de materia oscura fría y la formación de galaxias enanas sin bulgo central. Nos lo cuenta Marla Geha, “Galaxy formation: Gone with the wind?,” News and Views, Nature 463: 167-168, 14 January 2010, haciéndose eco del artículo técnico de F. Governato et al., “Bulgeless dwarf galaxies and dark matter cores from supernova-driven outflows,” Nature 463: 203-206, 14 January 2010. Muchos medios se han hecho eco de esta interesante noticia como “Resuelven con supercomputadores un problema sobre la formación de las galaxias,” SINC, 13 ene. 2010, que nos aclara que “Un equipo internacional de científicos ha resuelto el problema que planteaba la teoría de la materia oscura fría sobre la formación de las galaxias, según publican esta semana en la revista Nature. Hasta ahora no se sabía porque la mayor parte de las galaxias no tenían tantas estrellas y materia oscura como plantea la teoría, pero simulaciones realizadas con supercomputadores revelan que se podría deber a la expulsión de materia tras las explosiones de las estrellas.”

Como nos cuentan en un editorial de la propia Nature: “Las observaciones muestran que la mayoría de las galaxias enanas no presentan un bulgo central, como el resto de las galaxias. Las galaxias enanas están compuestas de un disco estelar en rotación inmersos en el núcleo de un halo de materia oscura fría de densidad casi constante. Estas observaciones no encajan bien con las predicciones de los modelos teóricos de formación galáctica basados en la hipótesis de que la materia oscura fría domina este proceso, que invariablemente generan las galaxias con un bulgo central, una región esférica en la que la densidad de materia es mucho mayor y está formada por bariones (materia ordinaria) de bajo momento cinético y materia oscura, ambas que acretan hacia el centro galáctico (normalmente ocupado por un superagujero negro). Governato et al. han desarrollado simulaciones hidrodinámicas que resuelven esta paradoja. Las supernovas que se producen durante las primeras etapas de la formación galáctica generan fuertes corrientes de materia que reducen el momento cinético del gas, inhibiendo la formación del bulgo central y reduciendo la densidad de materia oscura en el centro galáctico.”

Los investigadores han utilizado el simulador galáctico Gasoline, basado en el método numérico llamado SPH (Smoothed-Particle Hydrodynamics) y en la simulación de sistemas gravitatorios de N cuerpos. La aplicación de dicho código a esta simulación ha requerido del uso de supercomputadores. La película que abre esta entrada muestra la evolución de la densidad del gas (en azul) en la región en la que se forma una galaxia enana, desde primeros momentos de la Gran Explosión hasta el presente. La región mostrada tiene un radio de 15 kpc y los colores más brillantes corresponden a las densidades de gas más altas. La película muestra gran número de chorros (outflows) debidos a la explosión de supernovas que reducen el momento cinético del gas del centro galáctico.

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