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La materia oscura es notoriamente difícil de estudiar. Es esencialmente invisible para los astrónomos, ya que no puede verse directamente. Por ello, los astrónomos se basan en efectos como la lente gravitacional de la luz para determinar su presencia en el universo. Este método funciona bien para otras galaxias, pero no para la nuestra.
Para cartografiar la materia oscura en la Vía Láctea, nos basamos principalmente en los movimientos de las estrellas de nuestra galaxia. Dado que la materia oscura atrae gravitacionalmente a la materia regular, el método funciona bien en las zonas de la galaxia donde hay estrellas. Por desgracia, la mayoría de las estrellas se encuentran a lo largo del plano galáctico, lo que dificulta la cartografía de la materia oscura por encima y por debajo de ese plano. Sin embargo, un estudio reciente propone una forma de cartografiar más materia oscura de nuestra galaxia utilizando estrellas fugitivas.
La mayoría de las estrellas de la Vía Láctea están ligadas gravitatoriamente. Esto significa que pasarán toda su vida en la Vía Láctea. Pueden desplazarse a gran velocidad alrededor de la galaxia, orbitando el centro galáctico como nuestro Sol, pero no se mueven lo suficientemente rápido como para escapar de la atracción gravitatoria de la galaxia.
Sin embargo, algunas estrellas tienen suficiente velocidad para escapar. Se las conoce como estrellas fugitivas, o estrellas de hipervelocidad. Ya sea a través de un encuentro cercano con un agujero negro, o tal vez una supernova, han ganado una tremenda velocidad, y están en camino de dejar la Vía Láctea. Afortunadamente, para este último estudio, las estrellas hiperveloces suelen tener una trayectoria que las aleja del plano galáctico. Así que podemos estudiar cómo les afecta la materia oscura para trazar un mapa de la materia oscura en nuestra galaxia.
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| Creemos que la materia oscura rodea a la Vía Láctea en un halo. Crédito: L Jaramillo y O Macias, Virginia Tech |
Sin embargo, hay una trampa. La velocidad de cada estrella de hipervelocidad depende sobre todo de la interacción que les dio el impulso. No podemos simplemente mirar una estrella y decir que cuanto más rápido se mueve menos materia oscura hay cerca. En su lugar, el equipo observó la distribución de las velocidades y direcciones de las hipervelocidades para obtener una visión estadística de la materia oscura. Así, si *estadísticamente* las estrellas con hipervelocidad tienden a moverse más lentamente en una dirección determinada, eso puede indicarnos la distribución de la materia oscura.
Desgraciadamente, solo hay un par de docenas de estrellas hiperveloces conocidas, lo que no es suficiente para hacer un buen mapa de la materia oscura. Así que el equipo creó una muestra simulada de estrellas de hipervelocidad basada en sí la materia oscura rodea a la Vía Láctea en forma de esfera, elipsoide aplanado y otras formas. Descubrieron que las muestras que tenemos actualmente son consistentes con una distribución simétrica de la materia oscura (esfera o elipsoide) y que la forma podría precisarse más con una muestra de solo 400 - 800 estrellas de hipervelocidad. Son muchas más de las que tenemos actualmente, pero los nuevos telescopios y estudios del cielo deberían detectar ese número en el futuro.
Las estrellas de hipervelocidad no son la única herramienta que tenemos para cartografiar la materia oscura en la galaxia, sin embargo, como muestra este estudio pueden ser una herramienta poderosa. Esto nos da una mayor motivación para encontrar y rastrear estas estrellas aceleradas. Puede que tengan una lección más que enseñarnos antes de abandonar la Vía Láctea para siempre.
Fuentes, créditos y referencias:
Gallo, Arianna, et al. “Probing the shape of the Milky Way dark matter halo with hypervelocity stars: a new method.” arXiv preprint arXiv:2111.09657 (2021).