¿Cómo pesar la Vía Láctea?

A principios de mes, los astrónomos anunciaron una nueva medida de la masa de la Vía Láctea – diciendo que es un 50% más masiva de lo que se pensaba y que aproximadamente igual de masiva que nuestra vecina más grande, Andrómeda.

Esta concepción artística de la Vía Láctea muestra la estructura espiral de cuatro brazos confirmada por las recientes medidas de distancia del VLBA (mostrado en puntos azules y verdes). Los datos muestran que la Vía Láctea gira más rápido de lo que antes se pensaba. Nuestra galaxia, por tanto, es más masiva de lo que creían los astrónomos, igualando el peso de Andrómeda. Los puntos rojos marcan el centro galáctico y la posición de nuestro Sistema Solar. Crédito: Robert Hurt, IPAC; Mark Reid, CfA, NRAO/AUI/NSF

El nuevo resultado es una gran revisión y tres veces más que otra estimación reciente de otro equipo. También genera una cuestión: ¿por qué los astrónomos no saben cuánto pesa nuestra galaxia madre?

Los astrónomos han intentado medir la masa de la Vía Láctea desde la década de 1920. Pero la medida resultó ser extremadamente compleja, no menos debido a que el 90% de la masa de la galaxia se cree que está hecha de materia oscura – una sustancia misteriosa, invisible que sólo revela su presencia debido a su tirón gravitatorio sobre estrellas y nubes de gas.
Para un número de otras galaxias, los astrónomos pueden solventar el problema de la materia oscura observando cómo una galaxia curva la luz de una galaxia más lejana. Cuanta mayor distorsión, mayor tirón gravitatorio de la materia oscura y ordinaria sobre la galaxia intermedia.

Pero debido a la posición de la Tierra dentro de la Vía Láctea, los astrónomos están limitados a medir directamente los objetos que pueden ver: el gas y las estrellas de la galaxia, así como las lejanas galaxias satélite y cúmulos estelares.

En principio, el movimiento de estos objetos puede usarse para estimar la masa de la galaxias. Cuanto más rápido sea el movimiento, más masa debe haber entre las órbitas para evitar que escapen al espacio intergaláctico.

Seguimiento estelar

El movimiento del gas y las estrellas a menudo se usa para estimar cuánta masa de la Vía Láctea está contenida dentro del disco visible de la galaxia. Pero medir la distancia y velocidad del gas es difícil, y la mayor parte de los estudios sólo pueden medir cómo de rápido se aproximan o alejan las estrellas del Sol en lugar de medir sus caminos tridimensionales a través del espacio.

La forma más precisa de medir la distancia de un objeto es usar el “paralaje” – diferencias en la perspectiva creadas al observar un objeto desde distintos ángulos. Dado que la Tierra se mueve alrededor del Sol una vez en el curso de un año, los investigadores pueden observar un objetivo desde puntos ampliamente separados a lo largo de la órbita de la Tierra y medir el ángulo entre las distintas líneas de visión.

El satélite europeo HIPPARCOS usó esta aproximación para medir la distancia a más de 100 000 estrellas que están a varios cientos de años luz del Sol.

Alcance extendido

El resultado de este mes de la Vía Láctea extendió tales medidas de distancia a unos 10 000 años luz de distancia del Sol. Pero en lugar de estrellas, Mark Reid del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, examinó másers – densas regiones de formación estelar que emiten microondas de forma natural.

Observando las mismas regiones en distintos momentos del año, Reid y sus colegas fueron capaces de discernir ligeros cambios en la posición del máser, los cuales revelaron su distancia a la Tierra. El equipo encontró que los másers parecen estar orbitando el centro galáctico más rápido de lo esperado a esas distancias, lo que significa que es necesaria más masa para mantenerlos en órbita.

La velocidad revisada sugiere que la Vía Láctea pesa unas 3 billones de veces la masa del Sol. Pero Reid sospecha que el nuevo estatus de peso pesado de la Vía Láctea puede no ser fijo. “Soy un tanto escéptico debido a que existen una gran cantidad de suposiciones para llegar a este punto”, dijo a New Scientist.

Disco brillante

Para convertir las medidas de velocidad de rotación a masa de la Vía Láctea, los astrónomos deben confiar en los modelos de cómo se distribuye la materia oscura en la galaxia. Pero nadie sabe cuánto de la masa de la Vía Láctea está más allá del disco brillante.

“No sabemos cuánta materia oscura hay está fuera de los que estamos midiendo”, dice el modelador de galaxias Christopher Mihos de la Universidad de Case Western Reserve en Cleveland, Ohio.

Los másers sólo pueden usarse para pesar la Vía Láctea fuera del borde de su disco visible, el cual termina a unos 60 000 años luz del centro galáctico. No obstante, la mayor parte de la masa de la Vía Láctea se cree que está más alejada, hasta a una distancia de unos 650 000 años luz.

Esperando a Gaia

Medir la masa de la Vía Lácea fuera del borde puede ser imposible. Pero el movimiento de las galaxias satélite y los cúmulos globulares – densos cúmulos de antiguas estrellas – podría ofrecer algunas pistas, dice Mihos.

Algunos de estos objetos se sitúan a más de 300 000 años luz de distancia, los cuales podrían revelar más información sobre cuánta materia hay entre ellas y el corazón de la Vía Láctea.

Pero, de nuevo, medir la velocidad y distancia de estos objetos es difícil. Es más, no está clara la forma de sus órbitas o si están todas gravitatoriamente ligadas a la Vía Láctea.

Algunos está observando al sucesor del proyecto HIPPARCOS – Gaia – el cual se espera que mida con una mejor precisión cómo de rápido se mueven las estrellas en estas galaxias satélite. El telescopio, el cual medirá mil millones de estrellas aproximadamente, tiene previsto su lanzamiento en 2013.

Estrellas veloces

Otra forma de estudiar las regiones lejanas de la Vía Láctea es rastrear las estrellas más rápidas cercanas al Sol. Algunas de estas estrellas veloces parecen seguir una órbita altamente elongada, o excéntrica que los lleva al borde de la galaxia. Esto las hace unas buenas medidas de cuánta materia es necesaria para evitar que escapen de la galaxia.

Pero medir estas estrellas rápidas también tiene sus limitaciones, dado que sólo sugiere la masa mínima de la Vía Láctea para mantener estos objetos en órbita, dice el astrofísico Julio Navarro en la Universidad de Victoria en Canadá.

Lograr una mejor descripción de la masa de la Vía Láctea y de su estructura puede depender finalmente de un número de métodos. “Necesitas combinar todos esos números para llegar a una buena comprensión”, dice Navarro. “No va a ser fácil”.

Pero es una cuestión importante. La respuesta podría dar a los astrónomos un mejor sentido de si la Vía Láctea está ligada a una colisión con Andrómeda, y si nuestra galaxia es típica o una excepción que podría retar los modelos cosmológicos.

Los mismos estudios podría también revelar más sobre la estructura de la Vía Láctea y fijar la cuestión de si nuestra galaxia contiene dos o cuatro brazos espirales.

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Autor: Rachel Courtland
Fecha Original: 20 January 2009
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Vía Ciencia Kanija