Matemáticas, Física y Química: Astronomía y Astrofísica
Resuelven con supercomputadores un problema sobre la formación de las galaxias
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.
Varios estados de la formación de galaxias según la teoría de la materia oscura fría. usando simulaciones por ordenador. Imagen: Katy Brooks.
Durante más de dos décadas, los cosmólogos han usado la teoría de la materia oscura fría para explicar cómo evolucionó el universo uniforme nacido del Big Bang hace más de 13.000 millones de años hasta convertirse en la filamentosa telaraña cósmica llena de galaxias que podemos ver en la actualidad.
Sólo había un problema: la teoría sugería que la mayor parte de las galaxias deberían tener muchas más estrellas y materia oscura en sus centros de lo que presentan realmente. El problema es más pronunciado para las galaxias enanas, las más comunes en nuestro entorno celestial. Cada una contiene menos de un 1 por ciento de las estrellas que se encuentran en las galaxias grandes, como la Vía Láctea.
Ahora, un equipo de investigación internacional, dirigido por astrónomos de la Universidad de Washington (EE UU), publica en el número del 14 de enero de la revista Nature que ha resuelto el problema usando millones de horas en superordenadores. Los científicos han realizado simulaciones de formación de galaxias (1 millón de horas equivalen a más de 100 años), que generaron galaxias enanas muy similares a las observadas actualmente por los satélites y los grandes telescopios del mundo.
"La mayor parte del trabajo anterior incluía únicamente una descripción sencilla sobre cómo y dónde se formaron las estrellas dentro de las galaxias, o no tuvieron en cuenta la formación de estrellas en absoluto", afirma Fabio Governato, profesor asociado de investigación de la Universidad de Washington que imparte la asignatura de Astronomía y que ha dirigido la publicación en Nature.
"En lugar de ello, hemos realizado nuevas simulaciones por ordenador, ejecutadas sobre varias instalaciones nacionales de superordenadores y hemos incluido una mejor descripción de dónde y cómo tiene lugar la formación de estrellas en las galaxias".
Las simulaciones han indicado que, según fueron explotando la mayoría de las nuevas estrellas masivas como supernovas, las explosiones generaron enormes vientos que despidieron ingentes cantidades de gases lejos del centro de lo que serían galaxias enanas, impidiendo así la formación de millones de nuevas estrellas.
Al quitarse de repente tanta masa del centro de la galaxia, disminuyó la atracción gravitatoria sobre la materia oscura y ésta se alejó, afirma Governato. Es similar a lo que sucedería si de repente desapareciera nuestro Sol y la pérdida de atracción gravitatoria permitiera que la Tierra se alejara hacia el espacio.
Las explosiones cósmicas demostraron ser la pieza que faltaba en el puzzle y, al añadirlas a las simulaciones, generaron una formación de galaxias con densidades sustancialmente inferiores en sus núcleos, lo que se corresponde con las propiedades observadas de las galaxias enanas.
"La teoría de la materia oscura fría funciona sorprendentemente bien para predecir dónde, cuándo y cómo se deberían formar muchas galaxias", continúa Governato. "Lo que hemos hecho ha sido encontrar una mejor descripción de procesos que sabemos que suceden en el universo real, consiguiendo simulaciones más precisas".
La teoría de la materia oscura fría, propuesta por primera vez a mediados de los años 80, sostiene que la inmensa mayoría de la materia del universo (hasta el 75%) está formada por materia "oscura" que no interactúa con los electrones y protones, por lo que no puede observarse a partir de la radiación electromagnética. El término "frío" significa que, justo después del Big Bang, estas partículas de materia oscura presentan velocidades muy inferiores a la velocidad de la luz.
Según la teoría de la materia oscura fría, primero se forman estructuras más pequeñas, que posteriormente se combinan entre sí para formar halos más masivos y, finalmente, se forman galaxias a partir de los halos.
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Referencia bibliográfica:
F. Governato et al. “Bulgeless dwarf galaxies and dark matter cores from supernova-driven outflows”. Nature 463, 14 de enero de 2010.
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