Nueva estimación del número de galaxias con z < 8 decuplica su número

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Estimar la densidad de galaxias en el universo requiere un modelo teórico y ajustar sus parámetros con observaciones. Ahora es noticia que el número de galaxias con z < 8 es de 2,0 ± 0,7 billones, diez veces mayor que las estimaciones anteriores (que se basaron en galaxias con z < 4). La inmensa mayoría de dichas galaxias tienen baja masa y son demasiado débiles para poder ser observadas.

La estimación se basa en la función de Schechter (1976) que estima la densidad total de galaxias en función de su desplazamiento al rojo. Se ha ajustado la función de Schechter a tres poblaciones de galaxias con z<1, 1<z<3, y 3<z<8. La fórmula depende de una masa mínima, M*. En este estudio se ha tomado igual a un millón de masas solares (en estudios previos se tomó un valor diez veces mayor). Quizás por ello el número de galaxias de baja masa se ha multiplicado por diez.

El artíclulo es Christopher J. Conselice, Aaron Wilkinson, …, Alice Mortlock, «The Evolution of Galaxy Number Density at z < 8 and its Implications,» The Astrophysical Journal 830: 83 (14 Oct 2016), doi: 10.3847/0004-637X/830/2/83, arXiv:1607.03909 [astro-ph.GA].

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Me gustaría destacar tres cuestiones relevantes. En primer lugar que para estimar el número de galaxias no basta con contar las galaxias que observamos en cierta región del cielo y extrapolar dicho número. La inmensa mayoría de las galaxias son imposibles de observar. Para sumar (integrar) el número de galaxias hay que usar un modelo teórico para la evolución galáctica. Sus parámetros son de dos tipos. Por un lado, parámetros que dependen del modelo cosmológico de consenso (ΛCDM); en este estudio se ha tomado Ωm = 0,3 (la materia es el 30% del contenido del universo) y H0 = 70 km/s/Mpc (un valor redondo para la constante de Hubble). Y por otro lado, parámetros que se estiman a partir de los catálogos de galaxias. Como las galaxias evolucionan en el tiempo, la relación entre su masa y luminosidad depende de su desplazamiento al rojo, por ello se han dividido las galaxias con z<8 en tres grupos.

En segundo lugar me gustaría destacar que un parámetro importante en la nueva estimación es la pendiente de la función de masa, que relaciona masa y luminosidad. Se ha usado el valor predicho por el modelo CDM (materia oscura fría), es decir, α = −2. Por tanto, el nuevo resultado depende fuertemente de que el 25% del contenido del universo observable sea materia oscura. Aún así, hay que destacar que el resultado obtenido es compatible con los resultados de las simulaciones cosmológicas como las del Proyecto Illustris. El conocido problema de la falta de galaxias de baja masa se resuelve si se confía en la nueva estimación.

Y en tercer lugar que el nuevo trabajo presenta una nueva solución a la paradoja de Olbers (por qué el cielo nocturno es oscuro por la noche). El ojo humano es sensible hasta la longitud de onda de 700 nm, luego podría observar galaxias de hasta z ~ 5. La nueva estimación indica que hay una media de ∼ 3 galaxias por arcosegundo cuadrado de cielo; el tamaño de estas galaxias cubre un trozo de cielo con un radio de 0,32 arcosegundos. Por tanto, sólo el 10% de cada arcosegundo cuadrado de cielo está iluminado. Incluyendo la contribución del polvo interestelar e intergalácico, que absorbe gran parte de la luz detectable en el rango óptico, se explica la paradoja.

En resumen, todos los divulgadores que afirman que hay tantas galaxias en el universo observable como estrellas en la Vía Láctea tendrán que cambiar su mantra. Hay unos 0,1 billones de estrellas en nuestra galaxia y unos 2 billones de galaxias en el universo observable. Un factor de 20 es mucho, para algunos, o muy poco, para otros.



12 Comentarios

  1. Hola Francis,

    Cuando dices «…el 25% del contenido del universo observable sea materia oscura», no sé si es intencionado el empleo del adjetivo «observable» para diferenciarlo o excluir al «no observable».

    En una entrada de hace algunos días, mencionabas que el 26,8% del contenido del universo es materia oscura y 4,9% materia bariónica (el 68,3% restante, energía oscura). ¿No es una contradicción?

    Saludos

    1. Víctor, en este estudio sobre el número de galaxias se ha usado que hay un 30% de materia en el universo y se ha obtenido que hay 2,0 ± 0,7 billones de galaxias; si en su lugar se hubiera usado el 31,7% se habría obtenido un valor diferente, pero similar.

      1. Gracias, Francis

        La otra cuestión que planteaba, era si hay materia oscura no observable. De echo, yo estaba en la creencia de que la materia oscura no era observable, sino deducible por métodos indirectos (efecto gravitatorio).

        Saludos

        1. Víctor, la materia oscura sabemos que existe porque gravita, pero ignoramos su naturaleza microscópica; aún así podemos conocer muchas de sus propiedades a nivel macroscópico (por encima de la escala galáctica) gracias a la gravedad y a los modelos cosmológicos de formación de grandes estructuras. Sabemos mucho sobre la materia oscura, a pesar de ignorar su naturaleza microscópica. Dependiendo de ésta será observable por diferentes medios. Se la busca por decenas de métodos diferentes, cada uno basado en una hipótesis diferente sobre su naturaleza. Si pensáramos que es imposible de observar, nadie la buscaría y nunca la encontraríamos. La ciencia se basa en hipótesis, pero a priori no sabemos cuáles son las acertadas, solo a posteriori podemos descartarlas (en su caso).

  2. Francis ¿se podria estimar cuanto tiempo de exposición debe tener una cámara como las modernas de iso>40k def>4Mpx para obtener una imagen repleta de estrellas? o es imposible

  3. Francis, tus artículos tienen para mí un nivel muy conveniente, divulgación documentada, mucho más sencilla que los artículos técnicos y más rica que los de Investigación y Ciencia, pongo por caso. Pero, en este caso, he tenido que consultar la definición del parámetro z en Internet. Mencionas la función de Schechter, se intuye por el contexto que z está relacionada con el corrimiento al rojo, pero no estaría de más una nota con la definición. Es una crítica menor, me encantan tus artículos.

  4. Francis, una disculpa por preguntar algo fuera del tema: ¿sabes algo de Kanijo? Hace unos meses que no publica nada y Google dice que el sitio «puede estar comprometido» (?)

    1. Exacto, Jesús, son estimaciones del número de galaxias a z < 8. Se cree que las primeras estrellas nacieron alrededor de z = 20 y que las primeras galaxias lo hicieron alrededor de z = 15. La (candidata a) galaxia más lejana observada (por Hubble) tiene z = 11. Recuerda que el universo observable tiene un tamaño similar a la esfera del fondo cósmico de microondas, es decir, z = 1100.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 17 octubre, 2016
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